WO2014175002A1 - 溶湯金属循環駆動装置及びそれを有する溶解炉 - Google Patents

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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D2003/0034—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities
    • F27D2003/0054—Means to move molten metal, e.g. electromagnetic pump

Definitions

  • the present invention relates to a molten metal circulation drive device and a main bus having the same.
  • An object of the present invention is to solve these problems and provide a molten metal circulation drive device that is cheaper and easier to use.
  • the molten metal circulation drive device of the present invention is A molten metal circulation driving device for agitating and driving a non-ferrous metal melt in a melt storage chamber that is attached to a side wall of the main bath and stores a non-ferrous metal melt in the main bath, A driving chamber configured in a sealed state, the driving chamber having an opening for communicating with the molten metal storage chamber, and a molten metal driving tank for storing the molten metal flowing in from the opening in the driving chamber; A molten metal driving device installed above the molten metal driving tank, wherein the molten metal in the driving chamber of the molten metal driving tank is capable of rotating around a first vertical axis in a state in which magnetic lines of force penetrate vertically.
  • a permanent magnet device, and a drive device for a permanent magnet device that rotates the permanent magnet device around the first longitudinal axis by rotating the permanent magnet device A partition plate arranged in an upright state in the drive chamber of the melt drive tank along a direction in which the drive chamber and the melt storage chamber communicate with each other, and an outer end of the partition plate is located in the region of the opening The inner end is located inside the drive chamber, a gap for rotating the melt is formed between the inner surface of the drive chamber facing the inner end and the inner end, and the partition plate is formed in the drive chamber
  • the opening of the partition plate is divided into first and second openings on the left and right sides of the partition plate, and the molten metal rotated by the melt driving device and colliding with one surface of the partition plate is discharged from the first opening,
  • the melting furnace of the present invention is configured to include the molten metal circulation drive device and the main bus.
  • FIG. 1 is a longitudinal explanatory view of a non-ferrous metal melting furnace as an embodiment of the present invention.
  • (A), (b) is an explanatory view showing a bottom view of a permanent magnet device and lines of magnetic force from the permanent magnet device.
  • (A)-(d) is explanatory drawing explaining the function of the partition plate in a molten metal drive tank.
  • (A)-(c) is explanatory drawing explaining the flow of the molten metal in a molten metal circulation drive device and the main bus by the change of the direction of a partition plate in a certain attachment position to the main bus of a molten metal circulation drive device.
  • (A)-(c) is explanatory drawing explaining the flow of the molten metal in the molten metal circulation drive device and main bus
  • (A)-(c) is explanatory drawing explaining the flow of the molten metal in a molten metal circulation drive device and a main bus by the change of the direction of a partition plate in the further different attachment position to the main bus of a molten metal circulation drive device.
  • non-ferrous metals such as conductors (conductors) such as Al, Cu, Zn, or at least two of these alloys, or Mg alloys
  • conductors such as Al, Cu, Zn, or at least two of these alloys, or Mg alloys
  • Mg alloys the most important items to be paid attention at the site of melting work are Although touched briefly, there is a thing that prevents the leakage of molten metal. That is, it must be surely prevented that non-ferrous metal melted in the furnace (melting furnace or holding furnace) is scattered from the upper opening of the furnace or leaked from the furnace due to damage or destruction of the furnace. This is because it is directly connected to the safety of the worker.
  • one feature is that a device for driving the molten metal is installed above the molten metal tank in order to obtain a molten metal leaking device capable of obtaining a large driving force while being a small device. Yes.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a non-ferrous metal melting furnace 1 as an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a transverse sectional view taken along the line II-II.
  • the melting furnace 1 includes a furnace body 2 as a main bath (melting furnace or holding furnace), and a molten metal circulation drive device 3 as a pump connected in a connected state via a flange 11. Is provided.
  • the furnace main body 2 is the same as a general-purpose melting furnace, and as can be seen from FIG. 1 in particular, the furnace body 2 is provided with a molten metal storage chamber 2A that opens upward and stores a non-ferrous metal melt M therein, and aluminum or the like as the introduced non-ferrous metal.
  • a burner (not shown) is provided for heating and melting chips and the like.
  • the molten metal storage chamber 2A is constituted by a bottom wall 2a and four side walls 2b.
  • a communication port 2b1 that communicates with the molten metal circulation driving device 3 is opened in one of the side walls 2b.
  • the communication port 2b1 is a communication port through which the molten metal M flows out and flows between the furnace body 2 and the molten metal circulation driving device 3 by the driving force of the molten metal circulation driving device 3 as a pump. Function as.
  • the non-ferrous metal melt M is caused to flow from the melt circulation drive device 3 to the furnace body 2 by the discharge force of the melt circulation drive device 3 through the communication port 2 b 1, and conversely, the furnace body 2 by the suction force of the melt circulation drive device 3.
  • the molten metal M in the inside flows out to the molten metal circulation drive device 3.
  • the molten metal circulation drive device 3 connected to the furnace body 2 in a communication state is a sealed drive in which only one surface (one side surface) of the six surfaces is opened sideways in the drawing.
  • the molten metal drive tank 5 which has chamber 5A, and the drive device 6 which has a permanent magnet installed in the upper exterior are provided.
  • the molten metal driving tank 5 is configured as a sealed tank in which only one surface is open sideways in the figure. That is, it has an opening 5B on one side surface thereof, and the drive chamber 5A communicates with the communication port 2b1 of the furnace body 2 and the molten metal storage chamber 2A of the furnace body 2 through the opening 5B. Since the molten metal driving tank 5 is a sealed type, it is possible to prevent the molten metal M from being scattered even if a permanent magnet device 6a described later is rotated at a high speed in order to obtain a larger driving force.
  • the molten metal driving tank 5 discharges the flow path FC connecting the driving chamber 5A of the molten metal driving tank 5 and the molten metal storage chamber 2A of the furnace body 2 to the left and right along the flow direction.
  • It has a partition plate 8 that is divided into a flow path (or suction flow path) FC1 and a suction flow path (discharge flow path) FC2.
  • the partition plate 8 is disposed so that the longitudinal direction thereof follows the flow direction, and divides the flow path FC into left and right discharge flow paths FC1 and suction flow paths FC2.
  • the molten metal M in the drive chamber 5A flows in and out in a state of being partitioned into the left and right flow paths FC1 and FC2 between the molten metal storage chamber 2A.
  • the partition plate 8 is provided in an upright state and can be attached to and detached from the drive chamber 5A of the molten metal driving tank 5. Even when the partition plate 8 is damaged over time by the high temperature molten metal M, maintenance is easy. It can be done.
  • the outer end of the partition plate 8 is located in the region of the opening 5B, the inner end is located inside the drive chamber 5A, and the molten metal is located between the inner surface of the drive chamber 5A facing the inner end and the inner end.
  • a rotation gap S is formed.
  • the partition plate 8 divides the opening (flow path FC) of the drive chamber 5A into a first opening (flow path FC1) and a second opening (flow path FC2) on the left and right sides of the partition plate 8, and the molten metal.
  • the molten metal rotated by the driving device 6 and colliding with one surface of the partition plate 8 is discharged from the first opening, so that the molten metal outside can be sucked from the second opening to the driving chamber where the pressure of the molten metal is low. Yes.
  • the partition plate 8 is rotated around a vertical axis (second vertical axis) C2 with respect to the molten metal driving tub 5 like a so-called ship rudder. It is possible to hold the position. That is, the partition plate 8 is attached so that the angle can be adjusted. That is, the partition plate 8 can be rotated around a substantially vertical axis C2 at one end in the longitudinal direction of the partition plate 8 so that the position can be maintained.
  • the partition plate 8 can take, for example, positions P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 in a state where the rudder is turned left and right, in addition to the position P ⁇ b> 0 in the middle of the flow path FC. Accordingly, as can be seen from FIG. 4, the width, taper, and the like of the discharge flow channel FC1 and the suction flow channel FC2 when viewed from above are changed, so that the molten metal M is more efficiently connected to the drive chamber 5A and the molten metal. A state of discharging from the drive chamber 5A and flowing into the drive chamber 5A can be taken between the storage chamber 2A and the storage chamber 2A. Thereby, as will be described later, the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A can be rotated as fast as possible.
  • the molten metal driving tank 5 has the following structure. That is, as can be seen from FIG. 3 in particular, the molten metal driving tank 5 has a substantially container-shaped tank body 50 having an open upper part constituted by a bottom wall 5a and four side walls 5b surrounding the four sides. An opening 5B is formed in one of the four side walls 5b. As can be seen from FIG. 1, the opening 5B communicates with the communication port 2b1 of the furnace body 2 to communicate the drive chamber 5A and the molten metal storage chamber 2A.
  • An annular step (seat) 5c is formed by sitting on the thick portions of the four side walls 5b, that is, by sitting on the inner side of the four side walls 5b in a circular shape from the upper end surface to the middle of the lower side.
  • a disc-shaped upper lid 5d made of a refractory material is dropped into the stepped difference 5c and fitted in a sealed state, and a heat insulating plate 5e made of a refractory material is placed on the upper lid 5d.
  • the upper lid 5d and the four side walls 5b form a permanent magnet storage space 5C whose upper side is open.
  • the permanent magnet device 6a of the drive device 6 is housed in the permanent magnet housing space 5C so as to be rotatable about an axis (first longitudinal axis) C1.
  • the drive device 6 has a support frame 6b having a substantially pan lid shape.
  • the support frame 6b is placed and fixed on the top surfaces of the four side walls 5b of the molten metal driving tank 5.
  • the permanent magnet device 6a is rotatably supported by a bearing 6c attached to the center portion of the support frame 6b.
  • the upper side of the shaft 61 of the permanent magnet device 6a can be driven by a driving motor 6d.
  • the driving motor 6d is connected to an external control panel (not shown), and the rotation can be controlled by the external control panel.
  • the permanent magnet device 6a is provided in a state as close as possible to the heat insulating plate 5e in FIG. Thereby, as will be described later, the magnetic lines of force ML from the permanent magnet device 6a penetrate through the heat insulating plate 5e and the upper lid 5d, and then penetrate the molten metal M in the drive chamber 5A at a high density.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) Details of the permanent magnet device 6a are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
  • FIG. 5A is a bottom explanatory view of the permanent magnet device 6a viewed from the bottom
  • FIG. 5B is a front explanatory view of the permanent magnet device 6a viewed from the side as in FIG.
  • a rotating plate 62 is fixed to the shaft 61.
  • four permanent magnets 63 are fixed radially on the bottom surface of the rotating plate 62 at intervals of 90 degrees.
  • the four permanent magnets 63 are magnetized in the vertical direction, and as can be seen from FIG.
  • the magnetic poles at the lower end face are alternately N and S poles. Magnetized to line up.
  • the magnetic field lines ML emerging from the N pole enter the adjacent S pole as shown in FIG. That is, the magnetic field lines ML enter the S pole from the N pole with a high density.
  • the magnetic field lines ML from the N pole penetrate the molten metal M in the drive chamber 5A through the heat insulating plate 5e and the upper lid 5d, and then reverse, and this time, the upper lid 5d and the heat insulating material are reversed. It penetrates the plate 5e and enters the adjacent S pole.
  • the magnetic force lines ML penetrate the molten metal M
  • the rotating plate 62 that is, the permanent magnet 63 is rotated, for example, counterclockwise
  • the magnetic force lines ML move in the molten metal M, and eddy currents are generated.
  • the molten metal M rotates in the same direction as the permanent magnet 63.
  • the rotation speed of the permanent magnet 63 is increased, the rotation speed of the molten metal M is also increased.
  • the dangerous molten metal M may get over the side wall 5b of the drive chamber 5A and be scattered outside.
  • the driving chamber 5A is covered with the upper lid 5d in a sealed state, so that even if the rotational speed of the molten metal M increases, the molten metal M gets over the side wall 5b and scatters from the driving chamber 5A to the outside. Is definitely prevented. Therefore, the rotational speed of the permanent magnet device 6a can be further increased, and the molten metal M in the drive chamber 5A can be driven more strongly to be discharged to the furnace body 2 and sucked from the furnace body 2. As a result, the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A of the furnace body 2 can be driven at a higher speed and force.
  • the circulation amount of the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A is proportional to the rotational speed of the permanent magnet device 6a, the necessary circulation amount can be arbitrarily adjusted by the external power supply control panel.
  • the external power supply control panel there is no restriction
  • FIG. 6 (a) to 6 (d) are explanatory views for explaining the flow of the molten metal M by driving the permanent magnet device 6a in the drive chamber 5A in the molten metal circulation drive device 3.
  • FIG. 6 (a) to 6 (d) are explanatory views for explaining the flow of the molten metal M by driving the permanent magnet device 6a in the drive chamber 5A in the molten metal circulation drive device 3.
  • FIG. 6A shows the case where the partition plate 8 is not provided.
  • the molten metal M simply rotates as indicated by a broken line in the drive chamber 5A.
  • FIG. 6B shows a case where the partition plate 8 is set horizontally in the figure.
  • the molten metal M also rotates counterclockwise.
  • the rotating molten metal M collides with the lower surface of the partition plate 8 in the drawing, and the flow direction is changed to the right side.
  • the molten metal M flows out into the molten metal storage chamber 2A on the right side as a so-called discharge flow FOb.
  • the pressure of the molten metal in the drive chamber 5A decreases, and the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A is sucked into the drive chamber 5A on the left side in the drawing as a suction flow FIb.
  • 6 (c) and 6 (c) show a case where the partition plate 8 is switched slightly upward and downward in the drawing. Also in this case, the counterclockwise driving force acts on the molten metal M in the driving chamber 5A as described above, and the discharge flows FOc and FOd and the suction flows FIc and FId are generated. The discharge flows FOc and FOd and the suction flows FIc and FId are different in the outflow and inflow angles from those in FIG. 6B.
  • the direction of the discharge flow FOi and the suction flow FIi of the molten metal M can be changed.
  • the flow of the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A communicating with the driving chamber 5A can be changed. That is, when the molten metal circulation driving device 3 is attached to the furnace body 2 in a communicating state, the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A in the furnace body 2 also rotates counterclockwise with the counterclockwise rotation of the molten metal M in the drive chamber 5A.
  • the mode of the flow of the molten metal M in the rotation is different for each apparatus or according to various parameters such as the type and amount of the non-ferrous metal to be introduced and the temperature of the molten metal M. From each aspect, the angle of the partition plate 8 can be adjusted so as to cause the furnace body 2 to rotate the molten nonferrous metal most efficiently.
  • FIG. 7A to 7C schematically show the angle of the partition plate 8 and the mode of rotation of the molten metal M in the molten metal storage chamber 2A.
  • These drawings are conceptual diagrams created by way of example to explain that the flow of the molten metal M in the furnace body 2 changes if the direction of the partition plate 8 is changed like a rudder. It does not accurately represent the flow of the molten metal M.
  • the flow of the molten metal M is determined not only by the flow path but also by the flow velocity (rotation cycle), and also by the type of non-ferrous metal to be charged, and the switching position of the partition plate 8 is determined visually.
  • the direction of rotation of the permanent magnet device 6a can be clockwise as opposed to the above case. In this way, the optimum rotation of the molten metal M in the furnace body 2 can be searched.
  • FIGS. 8 (a)-(c) and FIGS. 9 (a)-(c) show embodiments in which the molten metal circulation drive device 3 is located near the upper end of the center of the side surface of the furnace body 2 in the drawing. It is.
  • the height h of the drive chamber 5A and the height H of the molten metal M stored in the molten metal storage chamber 2A are h ⁇ H. It is important that
  • the present inventor conducted an experiment under the following conditions in order to confirm the effect of the molten metal circulation driving device 3 in the embodiment of the present invention.
  • the molten metal circulation drive device 3 is very compact, and a large molten metal circulation amount can be obtained.
  • Inspection in the molten metal storage chamber 2A can be performed very easily by removing the upper lid 5d and the heat insulating plate 5e.
  • the partition plate 8 Since the partition plate 8 is replaceable, it can be replaced even when worn, and the replacement work can be performed in a short time due to the structure.
  • the operation stop time for maintenance can be extremely short.
  • the driving device 6 is configured to be externally attached to the molten metal driving tank 5, the maintenance of the driving device 6 itself can be performed very easily.
  • the molten metal circulation driving device 3 is attached to the furnace main body (melting furnace, holding furnace, main bus) 2 in a state of being positioned on the side of the furnace main body 2, and the molten metal circulation driving device 3, the furnace main body 2, This structure is achieved by communicating the opening 5B of the molten metal driving tank 5 of the molten metal circulation driving device 3 with the communication port 2b1 formed in the side wall 2b of the furnace body 2.
  • the molten metal M has a property that it tends to adhere and grow inside the passage. That is, generally, the high-temperature molten metal M enters the vortex chamber (circulation drive chamber) from the main bath (furnace main body) through the inflow path, melts aluminum chips in the vortex chamber, decreases the temperature, and passes through the outflow path. Go back to the furnace body. In this distribution process, the molten aluminum touches the air to form oxides (dross). This dross adheres and grows on the inner surfaces of the inflow path and the outflow path, narrows the flow path, and closes the worst flow path. Since the inflow path and the outflow path are not only narrow but also flow paths, they naturally have a certain length. For this reason, the inventor of the present invention considers that it is practically difficult to reliably clean the inside of the inflow path and the outflow path from the outside of the main bath and the vortex chamber.
  • the molten metal storage chamber 2A of the furnace body 2 and the drive chamber 5A of the circulation drive chamber 3 are formed on the furnace wall (side wall 2b). Rather than communicating with two narrow openings (outflow path and inflow path), first, the molten metal storage chamber 2A and the drive chamber 5A are communicated with a large opening 5B formed in the side wall 2b.
  • the discharge channel FC1 and the suction channel FC2 are divided into two sections, and the molten metal storage chamber 2A and the drive chamber 5A are communicated with each other through the discharge channel FC1 (outflow channel) and the suction channel FC2 (inflow channel). ing.
  • the discharge flow channel FC1 and the suction flow channel FC2 that communicate the molten metal storage chamber 2A of the furnace body 2 and the drive chamber 5A of the circulation drive chamber 3 originally have one large opening 5B. It is formed by partitioning. For this reason, it is not only easy to make an outflow channel and an inflow channel by individually drilling two small holes in the side wall 2b of the furnace body 2, but the discharge channel formed in this way is also formed.
  • the FC1 and the suction flow path FC2 have the advantage that the molten metal is not easily clogged.
  • the cleaning operation (oxide removal operation) of the opening 5B (discharge flow path FC1, suction flow path FC2) is performed in combination with the main bath and the opening 5B. This can be done very easily from outside the vortex chamber. That is, the maintenance work that must be performed with the progress of use can be performed very easily.

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Abstract

メインバスの非鉄金属の溶湯を撹拌駆動する小型且つ大駆動力の溶湯循環駆動装置であって、溶湯収容室と連通させるための開口を有し、密閉状態に構成された駆動室を有する溶湯駆動槽と、前記溶湯駆動槽の上方に設置され、前記駆動室内の溶湯に磁力線を縦向きに貫通させた状態で縦向きの軸線の周りに回転可能な永久磁石装置と前記永久磁石を回転駆動する永久磁石装置用駆動装置とを有する溶湯駆動装置と、前記駆動室内に前記駆動室と前記溶湯収容室とが連通する方向に沿って直立状態に配置され、外端部が前記開口の領域に位置し、内端部が前記駆動室の内部に位置し、前記内端部と前記内端部に向い合う前記駆動室の内面との間に溶湯回転用隙間が形成されており、前記開口を左右両側に溶湯を吐出する第１開口と溶湯を吸引する第２開口とに区画する仕切り板とを備える。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　溶湯金属循環駆動装置及びそれを有する溶解炉
　本発明は溶湯金属循環駆動装置及びそれを有するメインバスに関する。
　鉄、非鉄金属等を効率よく迅速に溶解するためには、溶湯の循環、攪拌が欠かすことのできない工程となる。循環、攪拌するため、従来は、溶湯中に不活性ガスを吹き込んだり、メカニカルポンプで強制的に攪拌したりすることが行われていた。また、水平に磁力線が射出、入射する永久磁石を容器内の溶湯の側方に置き、その永久磁石からの磁力線を溶湯に貫通させ、その状態で永久磁石を回転することにより、溶湯を駆動する磁石式攪拌装置もあった（特許文献１、２）。
特開２０１１－１０６６８９ 特許第４３７６７７１号
　しかしながら、不活性ガス吹き込み方式のものにおいてはガスの吹き込み管の目詰まりが生じるのが避けられず、吹き込み管の交換工事等の煩雑なメンテナンスが必要であり、メカニカルポンプ方式のものにおいては大きなランニングコストがかかり、また特許文献１のものにおいては装置が大型のものとなり且つ設備費が多額なものとなり、更に特許文献２のものにおいては溶湯漏れしてしまうという問題や高度なメンテナンス作業が必要である等の課題があった。また特許文献１、２の磁石式攪拌装置ものでは炉本体をステンレス板で補強しているが、その補強用ステンレス板が発熱してしまうという問題もあった。
　本発明の目的は、これら課題を解決し、より安価で、使い勝手の良い溶湯金属循環駆動装置を提供することにある。
　本発明の溶湯循環駆動装置は、
　メインバスの側壁に取り付けられ、前記メインバスにおける非鉄金属の溶湯を収納する溶湯収納室中の非鉄金属の溶湯を攪拌駆動するための、溶湯循環駆動装置であって、
　密閉状態に構成された駆動室を有し、前記駆動室は前記溶湯収納室と連通させるための開口を有し、前記開口から流入する溶湯を前記駆動室に収納する、溶湯駆動槽と、
　前記溶湯駆動槽の上方に設置される溶湯駆動装置であって、前記溶湯駆動槽の前記駆動室内の溶湯に磁力線を縦向きに貫通させた状態で第１の縦向きの軸線の回りに回転可能な永久磁石装置と、前記永久磁石装置を回転駆動することにより前記駆動室内の溶湯を前記第１の縦向きの軸線の回りに回転させる永久磁石装置用駆動装置と、を有する、溶湯駆動装置と、
　前記溶湯駆動槽の前記駆動室内に、前記駆動室と前記溶湯収納室とが連通する方向に沿って直立状態に配置された仕切板であって、前記仕切板の外端は前記開口の領域に位置し、内端は前記駆動室の内部に位置し、前記内端に向かい合う前記駆動室の内面と前記内端との間に溶湯回転用隙間が形成されており、前記仕切板は前記駆動室の前記開口を前記仕切板の左右両側の第１開口と第２開口とに区画し、前記溶湯駆動装置により回転させられて前記仕切板の一面に衝突した溶湯を前記第１開口から吐出させ、溶湯の圧力が低くなった前記駆動室へ前記第２開口から外部の溶湯を吸引可能とする、仕切板と、
　を備えたものとして構成される。
　本発明の溶解炉は、前記溶湯循環駆動装置と、前記メインバスと、を備えるものとして構成される。
本発明の実施形態としての非鉄金属の溶解炉の縦断説明図。 そのII－II線に沿って切断した横断説明図。 溶湯駆動槽の縦断分解説明図。 仕切板の切り換え状態を示す説明図。 （ａ）、（ｂ）は永久磁石装置の底面図及び永久磁石装置からの磁力線を示す説明図。 （ａ）－（ｄ）は溶湯駆動槽での仕切板の機能を説明する説明図。 （ａ）－（ｃ）は溶湯循環駆動装置のメインバスへのある取り付け位置において、仕切板の向きの変化による溶湯循環駆動装置及びメインバスでの溶湯の流れを説明する説明図。 （ａ）－（ｃ）は溶湯循環駆動装置のメインバスへの異なる取り付け位置において、仕切板の向きの変化による溶湯循環駆動装置及びメインバスでの溶湯の流れを説明する説明図。 （ａ）－（ｃ）は溶湯循環駆動装置のメインバスへのさらに異なる取り付け位置において、仕切板の向きの変化による溶湯循環駆動装置及びメインバスでの溶湯の流れを説明する説明図。
　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）等の非鉄金属を溶解する場合において、溶解作業の現場で最も注意が払われる項目として、先にも簡単に触れたが、溶湯の漏れを防止するということがある。つまり、炉（溶解炉あるいは保持炉）内で溶解した非鉄金属が炉の上部開口から飛散したり、炉の損傷、破壊に伴って炉から漏出するのは確実に防止しなければならない。これは作業者の安全に直結することであるためである。このため最近では、溶解炉あるいは保持炉において、メカニカルポンプを直接挿入して攪拌する方法は敬遠されつつあり、溶湯に直接触れない間接攪拌方式が主流となりつつある。しかしその場合、炉壁を介して内部溶湯を撹拌する必要が有り、攪拌装置の大型化が避けられないという欠点を持っていた。例えば、前記特許文献１の装置もまさにその例外ではなく、装置の重量も１０トン近くい大型装置となっている。
　そこで本発明では、小型な装置としつつも大駆動力の得られる溶湯漏れのない装置とするために、溶湯を駆動する装置を溶湯槽の上方に設置する構造を採用したことを１つの特徴としている。
　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としての非鉄金属の溶解炉１の縦断説明図、図２はそのII－II線に沿って切断した横断説明図である。これらの図から分かるように溶解炉１は、メインバス（溶解炉又は保持炉）としての炉本体２と、フランジ１１を介して、それに連通状態に接続されたポンプとしての溶湯循環駆動装置３とを備える。
　炉本体２は汎用の溶解炉と同様であり、特に図１からわかるように、上方が開放し内部に非鉄金属の溶湯Ｍを収納する溶湯収納室２Ａを備え、投入した非鉄金属としてのアルミニウム等の切粉等を加熱して溶かすためのバーナー（図示せず）を備えている。
　より詳しくは、図１において、前記炉本体２においては、底壁２ａと４つの側壁２ｂとにより前記溶湯収納室２Ａを構成している。前記側壁２ｂの１つに前記溶湯循環駆動装置３と連通させる連通口２ｂ１を開口している。この連通口２ｂ１は、後述するところからわかるように、ポンプとしての前記溶湯循環駆動装置３の駆動力により、炉本体２と溶湯循環駆動装置３との間において溶湯Ｍを流出、流入させる連通口として機能する。つまり、連通口２ｂ１を通じて、溶湯循環駆動装置３の吐出力により溶湯循環駆動装置３から炉本体２へ非鉄金属の溶湯Ｍを流入させ、逆に、溶湯循環駆動装置３の吸引力により炉本体２内の溶湯Ｍを溶湯循環駆動装置３へ流出させる。
　前記炉本体２に連通状態に接続される前記溶湯循環駆動装置３は、特に図１から分かるように、６面のうちの１面（１側面）だけが図中横向に開放した密閉状態の駆動室５Ａを有する溶湯駆動槽５と、その上方外部に設置される永久磁石を有する駆動装置６と、を備える。
　前記溶湯駆動槽５は、特に図３から分かるように、いわゆる一面だけが図中横向に開放した密閉槽として構成されている。つまり、その一側面に開口５Ｂを有し、駆動室５Ａがその開口５Ｂを介して、前記炉本体２の前記連通口２ｂ１及び前記炉本体２の溶湯収納室２Ａと連通する。この溶湯駆動槽５を密閉型としたので、より大きな駆動力を得るために後述する永久磁石装置６ａを高速で回転しても溶湯Ｍが飛散することは防ぐことができる。
　前記溶湯駆動槽５は、特に図２から分かるように、溶湯駆動槽５の駆動室５Ａと炉本体２の溶湯収納室２Ａとを結ぶ流路ＦＣを、流れの方向に沿っての左右の吐出流路（又は吸い込み流路）ＦＣ１と吸い込み流路（吐出流路）ＦＣ２とに区画する仕切板８を有する。
　この仕切板８は、図１から分かるように、長手方向が流れの方向沿うように配置され、流路ＦＣを左右の吐出流路ＦＣ１と吸い込み流路ＦＣ２に区画するものである。これにより、駆動室５Ａ内の溶湯Ｍは、溶湯収納室２Ａとの間で、左右の流路ＦＣ１，ＦＣ２に区画された状態で、流入、流出することになる。
　前記仕切板８は直立状態に設けられ、前記溶湯駆動槽５の駆動室５Ａに対して着脱可能とされ、高温の溶湯Ｍによって仕切板８が経年的に損傷した場合等でも、メンテナンスが容易に行えるようになっている。前記仕切板８の外端は前記開口５Ｂの領域に位置し、内端は前記駆動室５Ａの内部に位置し、前記内端に向かい合う前記駆動室５Ａの内面と前記内端との間に溶湯回転用隙間Ｓが形成されている。前記仕切板８は前記駆動室５Ａの前記開口（流路ＦＣ）を前記仕切板８の左右両側の第１開口（流路ＦＣ１）と第２開口（流路ＦＣ２）とに区画し、前記溶湯駆動装置６により回転させられて前記仕切板８の一面に衝突した溶湯を前記第１開口から吐出させ、溶湯の圧力が低くなった前記駆動室へ前記第２開口から外部の溶湯を吸引可能としている。且つ、前記仕切板８は、特に図４から分かるように、溶湯駆動槽５に対して、いわゆる船の舵のように、垂直な軸線（第２の縦向きの軸線）Ｃ２の回りに回動可能とされ、且つその位置を保持可能としている。つまり、仕切板８は角度調節可能に取り付けられている。つまり、仕切板８を、仕切板８の長手方向の一端におけるほぼ垂直な軸線Ｃ２の回りに回動させその位置を保持可能としている。例えば、仕切板８は、図４において、流路ＦＣの真ん中にある位置Ｐ０の他、例えば、左右に舵を切った状態の位置Ｐ１，Ｐ２を採ることができる。これにより、図４から分かるように、上方から見た場合の吐出流路ＦＣ１と吸い込み流路ＦＣ２の幅、テーパ等を変化させて、溶湯Ｍがより効率的に、前記駆動室５Ａと前記溶湯収納室２Ａとの間で、前記駆動室５Ａから吐出し且つ駆動室５Ａへ流入する状態を採りうるようにしている。これにより、後述するように、溶湯収納室２Ａ内の溶湯Ｍが可及的に高速で回転するようにすることができる。
　前記溶湯駆動槽５はより詳しくは以下の構造を有する。即ち、特に図３から分かるように、この溶湯駆動槽５は、底壁５ａと四方を囲む４つの側壁５ｂにより構成される上方が開放したほぼ容器状の槽本体５０を有する。４つの側壁５ｂの１つに開口５Ｂを形成している。この開口５Ｂを、図１から分かるように、前記炉本体２の連通口２ｂ１と連通させて、前記駆動室５Ａと前記溶湯収納室２Ａとを連通している。４つの側壁５ｂの肉厚部分を座ぐって、つまり、４つの側壁５ｂの内面側を上端面から下方途中まで円形に座ぐることにより、環状の段差（座）５ｃを形成している。この座ぐった段差５ｃに耐火材で作った円盤状の上蓋５ｄを落とし蓋状態に且つ密閉状態に嵌め込み、さらにこの上蓋５ｄ上に耐火材製の断熱板５ｅを載置している。これにより、前記上蓋５ｄと４つの側壁５ｂによって、上方が開放した永久磁石収納空間５Ｃが形成される。この永久磁石収納空間５Ｃに前記駆動装置６の永久磁石装置６ａが軸線（第１の縦向きの軸線）Ｃ１の回りに回転可能に収納される。
　より詳しくは、前記駆動装置６はほぼ鍋蓋状の支持フレーム６ｂを有する。この支持フレーム６ｂを前記溶湯駆動槽５の４つの側壁５ｂの天面上に載置固定する。この支持フレーム６ｂの中心部分に取り付けた軸受６ｃで、前記永久磁石装置６ａを回転可能に軸受けする。この永久磁石装置６ａの軸６１の上方側を駆動用電動機６ｄで駆動可能としている。この駆動用電動機６ｄは外部制御盤（図示せず）に接続され、その外部制御盤で回転制御可能とされている。前記永久磁石装置６ａは、図１において、可及的に断熱板５ｅに接近した状態に設けられる。これにより、後述するところから分かるように、永久磁石装置６ａからの磁力線ＭＬが、断熱板５ｅと上蓋５ｄを貫通した後、さらに前記駆動室５Ａ内の溶湯Ｍに高密度で貫通する。
　前記永久磁石装置６ａの詳細は図５（ａ）、（ｂ）に示される。図５（ａ）は永久磁石装置６ａを底面から見た底面説明図、（ｂ）は図１と同様に横方向からみた正面説明図である。図５（ｂ）から分かるように、前記軸６１に回転板６２が固定されている。回転板６２の底面には、図５（ａ）から分かるように、４つの永久磁石６３が９０度間隔で放射状に固定されている。図５（ｂ）からわかるように、４つの永久磁石６３は垂直方向に磁化されたものであり、図５（ａ）からわかるように、下端面の磁極はＮ極とＳ極とが交互に並ぶように磁化されている。これにより、Ｎ極から出た磁力線ＭＬは、図５（ｂ）に示すように、すぐ隣り合うＳ極に入る。つまり、磁力線ＭＬは高密度のままＮ極からＳ極へ入ることとなる。Ｎ極から出た磁力線ＭＬは、図１からわかるように、断熱板５ｅ及び上蓋５ｄを貫通して駆動室５Ａ内の溶湯Ｍを貫き、その後反転して今度は逆の順序で上蓋５ｄ及び断熱板５ｅを貫通して、隣り合うＳ極へ入る。このように、磁力線ＭＬは溶湯Ｍを貫通していることから、回転板６２をつまり永久磁石６３を、例えば左回りに回転させると、溶湯Ｍ中を磁力線ＭＬが移動して渦電流が発生し、溶湯Ｍは永久磁石６３と同じ方向に回転することになる。永久磁石６３の回転速度を上げると溶湯Ｍの回転速度も上がる。
　而して、従来は、高温で作業者が浴びると危険な溶湯Ｍが駆動室５Ａの側壁５ｂを乗り越えて外部に飛散してしまうことが有った。しかしながら、本実施形態では、駆動室５Ａを上蓋５ｄで密閉状態に覆うようにしたので、溶湯Ｍの回転速度が上がっても、溶湯Ｍが側壁５ｂを乗り越えて駆動室５Ａから外部に飛散するのは確実に防止される。よって、永久磁石装置６ａの回転速度をより上げて、駆動室５Ａ内の溶湯Ｍをより強力に駆動して炉本体２に吐出させ、炉本体２から吸引することができる。ひいては、炉本体２の溶湯収納室２Ａ内の溶湯Ｍをより高速且つ強力に駆動することも可能である。
　上記したところから分かるように、溶湯収納室２Ａでの溶湯Ｍの循環量は永久磁石装置６ａ回転数に比例するため、必要な循環量を外部電源制御盤により任意に調整可能である。これにより、溶湯駆動槽５を形成する耐火材の厚み設定の際の制限は全くなく、任意に決定でき、従って溶湯漏れの心配がある場合等は安全を見て厚くすることも可能である。
　以上の説明で溶湯循環駆動装置３の動作がほぼ分かったと思うが、以下により詳しく説明する。
　図６（ａ）―（ｄ）は溶湯循環駆動装置３における駆動室５Ａ内での永久磁石装置６ａの駆動による溶湯Ｍの流れを説明するための説明図である。
　図６（ａ）は、仕切板８の無い場合を示している。この場合においては、永久磁石装置６ａの回転に伴って、溶湯Ｍは駆動室５Ａ内で破線で示すように単に回転する。
　図６（ｂ）は仕切板８が図中水平にセットされた場合を示す。この場合においては、永久磁石装置６ａの左回り回転に伴って溶湯Ｍも左回りに回転するが、回転する溶湯Ｍが仕切板８の図中下面に衝突し、流れの方向が右側に変えられ、溶湯Ｍはいわゆる吐出流ＦＯｂとして右側の溶湯収納室２Ａに流出する。これに伴って前記駆動室５Ａ内の溶湯の圧力が低下し、溶湯収納室２Ａ中の溶湯Ｍが吸引流ＦＩｂとして図中左側の駆動室５Ａ内へ吸い込まれる。
　図６（ｃ）、（ｃ）は仕切板８を図中やや上向き、下向きに切り換えた場合を示す。この場合においても駆動室５Ａ内の溶湯Ｍには前述したところと同様に左回りの駆動力が作用し、吐出流ＦＯｃ、ＦＯｄと吸引流ＦＩｃ、ＦＩｄとが発生する。これらの吐出流ＦＯｃ、ＦＯｄと吸引流ＦＩｃ、ＦＩｄは図６（ｂ）のものとは流出、流入の角度が異なったものとなっている。
　このように、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、仕切板８の向きを変えることにより、溶湯Ｍの吐出流ＦＯｉと吸引流ＦＩｉの向きを変えることができる。これにより、駆動室５Ａに連通する溶湯収納室２Ａ内での溶湯Ｍの流れ方を変えることができる。つまり、溶湯循環駆動装置３を炉本体２に連通状態に付設すると、駆動室５Ａでの溶湯Ｍの左回りの回転に伴って炉本体２における溶湯収納室２Ａ内の溶湯Ｍも左回りに回転するが、その回転における溶湯Ｍの流れの態様が装置毎にあるいは投入する非鉄金属の種類や量、溶湯Ｍの温度等の各種のパラメータに応じて違った態様となる。各態様の中から、炉本体２でもっとも効率良く投入非鉄金属を溶解させる回転を行わせるように、仕切板８の角度を調節することができる。
　仕切板８の角度と溶湯収納室２Ａ内の溶湯Ｍの回転の態様を図７（ａ）－（ｃ）に概略的に示す。これらの図は、仕切板８を舵のように向きを変えれば炉本体２での溶湯Ｍの流れが変化ことを説明図するために例示的に作成した概念図であって、炉本体２での溶湯Ｍの流れを正確に表すものではない。溶湯Ｍの流れは流路だけでなく、流速（回転周期）によっても決まり、さらには投入する非鉄金属の種類にも影響され、仕切板８の切り換えの位置が例えば目で見て決められる。
　また、永久磁石装置６ａの回転の方向も、上記の場合とは逆に、時計回りとすることもできる。このようにして、炉本体２における溶湯Ｍの最適な回転を検索するようにすることもできる。
　さらに、炉本体２への溶湯循環駆動装置３の取り付ける位置も種々変えた実施形態を採ることもできる。図８（ａ）－（ｃ）、図９（ａ）－（ｃ）は、それぞれ、溶湯循環駆動装置３を炉本体２の一側面の図中中央部、上端近くとした実施形態を示すものである。
　なお、図１からわかるように、互いに連通させる炉本体２と溶湯循環駆動装置３において、駆動室５Ａの高さｈと溶湯収納室２Ａに収納する溶湯Ｍの高さＨとは、ｈ<Ｈ、とすることが重要である。
　ｈ>Ｈの場合でも駆動室５Ａ内の溶湯は移動磁界により回転を始めるが、駆動室５Ａ内の溶湯Ｍの上面と上蓋５ｄの下面との間に隙間ができ、駆動室５Ａ内部の溶湯が複雑な動きをしてしまい、十分な循環量が確保できなくなる場合もある。これに対し、ｈ<Ｈであれば駆動室５Ａ内での圧力が高まり、吐出側に抵抗が存在したとしても十分に溶湯の吐出ができる。
　本発明者は、本発明の実施形態における溶湯循環駆動装置３の効果を確認すべく以下の条件で実験を行った。
　　　駆動室５Ａの内径φ：９００mm
　　　駆動用電動機６ｄの使用電力：５．５Kw
　　　溶湯槽高さｈ：３００mm
　　　仕切板８：図６（ｂ）のニュートラル位置
　その結果は以下の通りである。即ち、図６（ｂ）において、吐出流ＦＯｂの流速（溶湯流速m/min）とその流量（流量Tons/h）は以下の通りである。
　　　　　溶湯流速m/min　　　流量Tons/h
　　　　　　７０　　　　１２６０
　　　　　　８０　　　　１４４０　
　　　　　　９０　　　　１６２０
　　　　　　１００　　　　１８００
　これは従来型機種と比較すれば
　　　　メカニカルポンプ方式　　　２～３倍
　　　　床置き式攪拌装置　　　　２倍
　　　　縦軸式攪拌装置　　　　　０．８倍　
　　　　横置き型攪拌装置　　　　１．０倍　
　　　　電磁式攪拌装置　　　　　２～３倍
　に匹敵する結果となっている。
　以上説明した本発明の実施形態によれば以下の効果が得られる。
　（１）溶湯循環駆動装置３は非常にコンパクトとしつつも大きな溶湯循環量が得られる。
　（２）溶湯収納室２Ａ内の点検は上蓋５ｄ、断熱板５ｅを外すことにより極めて容易に行うことができる。
　（３）駆動室５Ａから外部へ溶湯が飛散等によって漏れはない。
　（４）仕切板８は交換可能としたので、摩耗した場合においても、交換可能であり、且つその交換作業は構造上短時間で行える。
　（５）結果的にメンテナンスのための操業停止時間は極めて短時間なものとすることができる。
　（６）駆動装置６は溶湯駆動槽５へ外付けするように構成したので、駆動装置６自体のメンテナンスを極めて容易に行うことができる。
　（７）溶湯循環駆動装置３と炉本体２とをフランジ接続で組み立てるようにしたので、組み立てや解体も短時間でできる。
　（８）溶湯循環駆動装置３には補強用ステンレス板を設ける必要がないため、発熱の心配がなく、設計に柔軟性を持たせることができる。
　（９）ステンレス板を不要としたため、エネルギーロスを従来式の１／４以下に抑えることができる。
　（１０）溶湯循環駆動装置３を、炉本体（溶解炉、保持炉、メインバス）２に対し、炉本体２の側方に位置させた状態で取り付け、溶湯循環駆動装置３と炉本体２との連通を、溶湯循環駆動装置３の溶湯駆動槽５の開口５Ｂと、炉本体２の側壁２ｂに穿けた連通口２ｂ１とを連通させることにより達成するという構造を採用した。
　さらに、本発明の実施形態によれば、以下の効果も得ることができる。
　一般に、溶湯Ｍは通路内部に付着成長しやすいという性質を持っている。つまり、一般に、高温の溶湯Ｍは、メインバス（炉本体）から流入路を通って渦室（循環駆動室）に入り、渦室でアルミ切粉を溶解して温度が下がり、流出路を通って炉本体に戻って行く。この流通の過程において、アルミニウム溶湯は空気に触れて酸化物（ドロス）を作る。このドロスが前記流入路、前記流出路の内面に付着成長し、流路を狭め、最悪流路を塞いでしまう。前記流入路、前記流出路は、狭いだけでなく、流路であるため、当然ある程度の長さを有する。このため、本発明の発明者は、メインバスや渦室の外部から前記流入路、前記流出路の内部の清掃作業を確実に行うのは実際上困難であると考える。
　これに対し、本発明の実施形態においては、特に図２から分かるように、炉本体２の溶湯収納室２Ａと、循環駆動室３の駆動室５Ａと、を炉壁（側壁２ｂ）に作った２つの狭い開口（流出路と流入路）で連通するのではなく、先ず溶湯収納室２Ａと駆動室５Ａとを側壁２ｂに作った大きな開口５Ｂで連通し、この開口５Ｂを仕切板８で２つに仕切って吐出流路ＦＣ１と吸い込み流路ＦＣ２に区画形成し、吐出流路ＦＣ１（流出路）と吸い込み流路ＦＣ２（流入路）で溶湯収納室２Ａと駆動室５Ａとを連通するようにしている。
　このような本発明の実施形態では、炉本体２の溶湯収納室２Ａと循環駆動室３の駆動室５Ａとを連通する吐出流路ＦＣ１及び吸い込み流路ＦＣ２はもともと大口径の１つの開口５Ｂを区画することにより形成したものである。このため、炉本体２の側壁２ｂに個別に２つの小さな穴を穿けて流出路と流入路を作る場合に比して作るのが容易なだけでなく、このように仕切って作った吐出流路ＦＣ１と吸い込み流路ＦＣ２には溶湯は詰まりにくいという利点がある。さらに、前記仕切板８を取り外せば、開口５Ｂの差し渡しが大きいこととも相俟って、開口５Ｂ（吐出流路ＦＣ１、吸い込み流路ＦＣ２）の清掃作業（酸化物除去作業）も、メインバス及び渦室の外部から、極めて容易に行うことができる。つまり、使用経過に伴って必然的に行わなければならないメンテナンス作業を極めて容易に行うことができる。上述の各種利点は本発明の実施形態に特有のもので、本発明の発明者の知得している他の装置には決して得られない利点である。

Claims (7)

  1. 　メインバスの側壁に取り付けられ、前記メインバスにおける非鉄金属の溶湯を収納する溶湯収納室中の非鉄金属の溶湯を攪拌駆動するための、溶湯循環駆動装置であって、
    　密閉状態に構成された駆動室を有し、前記駆動室は前記溶湯収納室と連通させるための開口を有し、前記開口から流入する溶湯を前記駆動室に収納する、溶湯駆動槽と、
    　前記溶湯駆動槽の上方に設置される溶湯駆動装置であって、前記溶湯駆動槽の前記駆動室内の溶湯に磁力線を縦向きに貫通させた状態で第１の縦向きの軸線の回りに回転可能な永久磁石装置と、前記永久磁石装置を回転駆動することにより前記駆動室内の溶湯を前記第１の縦向きの軸線の回りに回転させる永久磁石装置用駆動装置と、を有する、溶湯駆動装置と、
    　前記溶湯駆動槽の前記駆動室内に、前記駆動室と前記溶湯収納室とが連通する方向に沿って直立状態に配置された仕切板であって、前記仕切板の外端は前記開口の領域に位置し、内端は前記駆動室の内部に位置し、前記内端に向かい合う前記駆動室の内面と前記内端との間に溶湯回転用隙間が形成されており、前記仕切板は前記駆動室の前記開口を前記仕切板の左右両側の第１開口と第２開口とに区画し、前記溶湯駆動装置により回転させられて前記仕切板の一面に衝突した溶湯を前記第１開口から吐出させ、溶湯の圧力が低くなった前記駆動室へ前記第２開口から外部の溶湯を吸引可能とする、仕切板と、
    　を備えたことを特徴とする溶湯循環駆動装置。
  2. 　前記仕切板は前記溶湯駆動槽に対して着脱可能にされていることを特徴とする請求項１に記載の溶湯循環駆動装置。
  3. 　前記仕切板の前記溶湯駆動槽への固定位置は、前記内端側における第２の縦向きの軸線の回りに回動した状態に調整可能に構成されており、その調整により前記第１開口及び前記第２開口の隙間を調節し、前記第１開口からの吐出量と吐出方向及び前記第２開口からの吸引量と吸引方向を調節可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶湯循環駆動装置。
  4. 　前記第１の縦向きの軸線と前記第２の縦向きの軸線とを同一の軸線としたことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の溶湯循環駆動装置。
  5. 　前記溶湯駆動槽は、底壁と側壁を有する上方が開放した容器状の槽本体と、前記上方を塞ぐ上蓋と、を備えることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の溶湯循環駆動装置。
  6. 　前記永久磁石装置は、それぞれ縦方向に磁化された複数の永久磁石を有し、これらの永久磁石を回転板の底面に周方向に沿って所定間隔で吊り下げ状態に取り付け、且つ、前記複数の永久磁石の磁極の下側の磁極は周方向に異なる磁極が交互に並ぶようにしてある、ことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の溶湯循環駆動装置。
  7. 　請求項１乃至６の１つに記載の溶湯循環駆動装置と、前記メインバスと、を備えることを特徴とする溶解炉。
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