WO2021095731A1 - 金属溶解装置、金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法 - Google Patents

金属溶解装置、金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法 Download PDF

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WO2021095731A1
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城也太 望月
富弘 岩本
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Definitions

  • the present invention relates to a metal melting apparatus that melts by supplying a melting raw material into a molten metal, and in particular, prepares a molten metal for supplying a melting raw material such as aluminum, an aluminum alloy, and a non-ferrous metal to a casting machine, a melting furnace, or the like.
  • the present invention relates to a metal melting device for melting, a screen plate for melting metal for melting to melt, and a metal melting method.
  • the return material is an unnecessary part generated in the casting process, and its properties are close to those of the new material, and it is easy to melt together with the new material to form a molten metal.
  • briquette material is a material obtained by compressing and solidifying cutting chips and chips generated from processing, and contains oil and water. Therefore, when it is supplied to the molten metal as it is and dissolved, the oil content is released. It burns and produces exhaust gas, so it does not become a high-quality molten metal. Therefore, it is difficult to dissolve and make a molten metal like a new material, for example, a pretreatment for evaporating oil and water contained in advance may be performed.
  • the briquette material has a smaller specific gravity and a larger surface area than the molten metal, so that it easily floats on the surface of the molten metal and a part of the briquette material is easily oxidized during melting.
  • chips have a small specific gravity and a large surface area, so that they easily float on the surface of the molten metal and part of them are easily oxidized.
  • Al 2 O 3 which is an oxide of aluminum
  • Al 2 O 3 which is an oxide of a non-ferrous metal material such as an aluminum material has an extremely high melting point and is in a molten metal. When an oxide such as Al 2 O 3 is formed in the molten metal, it does not dissolve in the molten metal and becomes a foreign substance, which deteriorates the quality of the casting.
  • Patent Document 1 or 2 As a technique for making it difficult for oxides to be formed when the briquette material or chips are melted to form a molten metal, there is a technique shown in Patent Document 1 or 2 below.
  • a magnetic stirrer 114 is provided below the melting chamber 101 to generate a vortex in the molten metal M in the melting chamber, and the specific gravity is higher than that of the molten metal M. Light briquettes and chips are drawn into the molten metal M so that the contact time with the outside air is shortened so that oxides are less likely to be formed.
  • Patent Document 2 a flow of molten metal is generated in the entire melting furnace by a magnetic generator, and a vortex is generated in a melting chamber constituting a part of the melting furnace by the flow, and the same as in Patent Document 1 is cut. Try to draw powder etc. into the molten metal.
  • Patent Document 1 also discloses a technique of inserting a stirring blade capable of ejecting an inert gas from the tip of a shaft into a molten metal and performing a degassing treatment while stirring the molten metal with the stirring blade.
  • a stirring blade 116 capable of ejecting an inert gas G from the tip of the rotating shaft 115 is inserted into the molten metal M and stirred.
  • a technique has also been proposed in which a vortex is generated in the melting chamber 102 by a blade 116 to draw chips into the molten metal.
  • oxide S may be adhered and formed on the rotating shaft 115 near the molten metal surface as shown in FIG.
  • the stirring blade 116 may be damaged when the briquette material is charged. Further, when an attempt is made to mix and dissolve the new material and the return material together with the new material and the return material, the new material and the return material having a heavy specific gravity collide with the stirring blade, so that the risk of damage to the stirring blade 116 is further increased.
  • the bottom of the melting chamber 101 itself needs to be composed of the fireproof material 2. Since it cannot be made of a metal magnetic material such as an iron skin, it is necessary to arrange the magnetic agitator 114 close to the bottom of the melting chamber 101 via the fireproof material 2. However, in this way, the temperature gradient toward the outside at the bottom bottom of the melting chamber 101 becomes different from that of other parts, and the possibility of molten metal leakage occurring at the boundary between the magnetic agitator 114 and the refractory material 112 increases. .. Further, the lower bottom of the melting chamber 101 in which the high-temperature molten metal M is stored is a position where maintainability is very poor.
  • the briquette material may be drawn into the molten metal without any problem due to the vortex flow by the above-mentioned conventional method, but the briquette material drawn in such a way is transferred to the next process without being completely dissolved. There is. Then, in such a case, the undissolved briquette material floats on the surface of the molten metal in the next step and is oxidized there.
  • the main problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a melting raw material, a scrap material such as a return material, a briquette material, a chip, and a new material may be mixed in any combination or alone.
  • a metal melting device that can obtain a clean molten metal with a small amount of oxide even when supplied with, a metal melting device that dissolves a melting raw material with a lighter specific gravity than a molten metal such as a briquette material, and a briquette material so as not to oxidize It is an object of the present invention to provide a screen plate for metal dissolution and a metal dissolution method for dissolving a dissolution raw material having a lighter specific gravity than the molten metal such as the above so as not to oxidize.
  • the means for solving the above problems are as follows.
  • the first means is A melting chamber to which the melting raw material is supplied and A gas ejection device for ejecting a gas into the molten metal in the melting chamber to generate a vortex of the molten metal in the melting chamber is provided. It is a metal melting device characterized by the above.
  • the second means is The metal dissolving apparatus according to the first means, wherein the gas is an inert gas that is inert to the molten metal.
  • the third means is
  • the gas ejection device is a metal melting apparatus according to the first or second means, which has a plurality of gas ejection ports and ejects the gas from a plurality of positions in the melting chamber.
  • the fourth means is The metal melting apparatus according to the first to third means, wherein the gas is ejected along the inner wall surface of the melting chamber and in a spiral direction from the lower side to the upper side.
  • the fifth means is The melting chamber is located in a part of the circulating molten metal flow path, and the molten metal that circulates and is supplied to the melting chamber is supplied to the melting chamber as a fluid that generates a vortex flow together with the ejected gas.
  • the metal melting apparatus according to the first to fourth means.
  • the sixth means is A supply path for supplying the molten metal from the melting chamber to the next process is provided.
  • An impact applying means for giving an impact to the undissolved dissolved raw material flowing out from the dissolution chamber to the next step is provided in the supply path or in the vicinity of the supply path of the dissolution chamber.
  • the seventh means is The impact applying means is a metal melting means according to the first to sixth means, which is an inner wall of the supply passage or an inner wall in the vicinity of the supply passage of the melting chamber, which is configured so that the undissolved dissolved raw materials collide with each other. It is a device.
  • the eighth means is The melting chamber is a metal melting device according to the first to seventh means, which comprises a molten metal heating means for heating the molten metal.
  • the metal melting apparatus of the present invention according to the first to eighth means generates a vortex flow in the melting chamber, so that even if a scrap material having a light specific gravity such as briquette material or chips is supplied, they are quickly centered on the vortex. Since it is drawn into the vortex bottom at the part, it is difficult to come into contact with the outside air and it is difficult for oxides to be formed.
  • the gas ejection device since the gas ejection device generates a vortex flow in the molten metal, there is no stirring member such as a stirring blade or a stirrer at the bottom of the center of the vortex. Therefore, the risk of contact between the melting raw material and the stirring member is extremely low, and a plurality of types of scrap materials such as return material, briquette material, and chips and a new material are mixed or independently supplied to the melting chamber in any combination. Can be dissolved.
  • the gas is an inert gas that is inert to the molten metal, the degassing effect is exhibited and a clean and high-quality molten metal can be obtained.
  • the gas is ejected in a spiral direction from the bottom to the top along the inner wall surface of the melting chamber, it becomes easier to generate a vortex flow effectively and continuously, and it becomes easier for the dissolved raw material to be drawn into the bottom of the center of the vortex. Become. At this time, it is more effective if the melting chamber has a substantially inverted conical shape or a substantially cylindrical shape.
  • the melting chamber is provided, for example, as a part of the melting furnace and as a part of the circulating molten metal flow path, and the molten metal that is circulated and supplied to the melting chamber is used as a fluid that generates a vortex together with the ejected gas. If it is supplied to the melting chamber, a vortex flow can be effectively generated in the melting chamber.
  • a supply path for supplying the molten metal from the melting chamber to the next process is provided, and an impact is applied to the undissolved dissolved raw material flowing out from the melting chamber to the next process in the vicinity of the supply path or the supply path of the melting chamber.
  • the applying means is provided, for example, an undissolved dissolved raw material such as a briquette material that could not be completely dissolved in the supply and melting chamber is impacted by the impact applying means and crushed, and is dissolved before being supplied to the next step. It will be easier.
  • the impact applying means is configured on the inner wall of the supply path or the inner wall near the supply path of the dissolution chamber so that the undissolved dissolved raw materials collide with each other, the undissolved dissolved raw materials are impacted without creating a simple and dynamic part. be able to.
  • the melting chamber is provided with a heating means for heating the molten metal, the molten metal stored in the melting chamber is heated, the temperature drop of the molten metal due to the supply of the melting raw material is reduced, and the melting raw material is easily melted more quickly.
  • the ninth means is A melting chamber that supplies the melting raw material into the molten metal, It has a heating chamber that communicates with the melting chamber via a supply path and has a heating means for heating the molten metal.
  • a screen plate for melting metal is provided in the heating chamber to prevent the undissolved raw material transferred from the supply path from floating until it reaches at least a predetermined size. It is a metal melting device characterized by the above.
  • the tenth means is The metal melting screen plate has a large number of through holes, and the through holes are tapered from the bottom surface side to the top surface side, and the metal melting device according to the ninth means. Is.
  • the eleventh means is The ninth or tenth means is provided with an impact applying means for giving an impact to the undissolved dissolved raw material transferred from the melting chamber to the heating chamber in the vicinity of the supply passage or the supply passage of the melting chamber. It is a metal melting device.
  • the twelfth means is The impact applying means is a metal according to the ninth to eleventh means, which is an inner wall of the supply path configured so that the undissolved dissolved raw materials collide with each other or an inner wall in the vicinity of the supply path of the dissolution chamber. It is a melting device.
  • the thirteenth means is The metal melting apparatus according to the ninth to twelfth means, wherein the melting chamber is provided with a vortex generating means for generating a vortex in the molten metal in the melting chamber.
  • the fourteenth means is The metal melting apparatus according to the thirteenth means, wherein the vortex generating means generates a vortex in the molten metal by ejecting a gas into the molten metal.
  • the fifteenth means is The metal melting apparatus according to the fourteenth means, wherein the gas is an inert gas that is inert to the molten metal.
  • a screen plate for metal melting is provided in a heating chamber.
  • the molten metal is prevented from floating on the surface of the molten metal, so that it is prevented from coming into contact with air or the like on the surface of the molten metal and being oxidized, and a clean molten metal with less oxide can be obtained.
  • the yield of the molten metal to be refined is improved, and the slag treatment work for the oxide treatment is also reduced.
  • the metal melting screen plate has a large number of through holes and the through holes have a tapered shape narrowing from the bottom surface side to the top surface side
  • the melting raw material fits into the through holes. It can be held until it has a predetermined size, specifically, a size sufficient to be dissolved before rising to the surface of the molten metal, and can be dissolved without floating on the surface of the molten metal so as not to be suitably oxidized. ..
  • an impact applying means for giving an impact to the undissolved dissolved raw material transferred to the heating chamber is provided near the supply path or the supply path of the melting chamber, the undissolved dissolved raw material is impacted by the impact applying means. It is easily dissolved by the time it is crushed and supplied to the heating chamber. In particular, if it is a material such as a briquette material that is solidified by compressing cutting chips, chips, etc., it is likely to collapse due to an impact, and dissolution can proceed particularly effectively. If the impact applying means is a supply path or the like configured so that the undissolved dissolved raw materials collide with each other, the undissolved dissolved raw materials can be impacted simply and without creating a dynamic portion.
  • the melting chamber is provided with a vortex generating means for generating a vortex in the molten metal in the melting chamber, even if a scrap material having a light specific gravity such as a briquette material is supplied, they quickly reach the bottom of the vortex at the center of the vortex. Since it is drawn in, it becomes difficult to come into contact with the outside air, so that it becomes difficult for oxides to be formed and a cleaner molten metal can be obtained.
  • the vortex flow generating means is to generate a vortex flow in the molten metal by ejecting a gas into the molten metal, it is possible to prevent a stirring member such as a stirring blade or a stirrer from being present at the bottom of the center of the vortex, and it can be used as a melting raw material.
  • the risk of contact with the stirring member is reduced to each stage, and not only the melting raw materials such as briquettes and chips, which have a lighter specific gravity than the molten metal, but also the melting raw materials that sink in the molten metal such as return materials and new materials are combined into the melting chamber. It will be able to be supplied and dissolved. Since the number of dynamic parts such as stirring blades and stirrers can be reduced, maintenance and handleability will be improved.
  • the gas is an inert gas that is inert to the molten metal, the degassing effect will be exhibited, and a cleaner and higher quality molten metal can be obtained.
  • the sixteenth means is It has a plate shape with a large number of through holes, is installed in the molten metal, and holds the molten raw material, which has a lighter specific gravity than the molten metal supplied into the molten metal, so that it does not rise to the surface of the molten metal until it reaches a predetermined size. It is a characteristic screen plate for melting metal.
  • the seventeenth means is In the heating chamber of the metal melting apparatus having a melting chamber for supplying the melting raw material into the molten metal and a heating chamber having a heating means for heating the molten metal by communicating with the melting chamber via a supply path, It is installed so as to partition the opening on the heating chamber side of the supply path and the opening above the opening. It is a screen plate for metal melting which concerns on the said 16th means.
  • the eighteenth means is The metal melting screen plate according to the sixteenth or seventeenth means, wherein the through hole is tapered from the bottom surface side to the upper surface side.
  • the nineteenth means is A plate-shaped metal melting screen plate having a large number of through holes is installed in the molten metal so that a melting raw material having a lighter specific gravity than the molten metal is supplied to the bottom side of the molten metal in the molten metal.
  • the metal melting method is characterized in that the melting raw material is held in the molten metal until it has a size that allows it to pass through the through hole so as not to float on the surface of the molten metal.
  • the twentieth means is In the heating chamber of the metal melting apparatus having a melting chamber for supplying the melting raw material into the molten metal and a heating chamber having a heating means for heating the molten metal by communicating with the melting chamber via a supply path,
  • the metal melting screen plate is installed so as to partition the opening on the heating chamber side of the supply passage and the opening above the opening, and the melting raw material sent from the supply passage to the heating chamber is described.
  • This is a metal melting method according to the nineteenth means, which holds the metal in the molten metal until it passes through the through hole so as not to float on the surface of the molten metal.
  • the 21st means is The metal melting method according to the twenty-second means, wherein a vortex is generated in the molten metal in the melting chamber, and the melting raw material supplied into the melting chamber is drawn into the supply path by the vortex and sent to the heating chamber.
  • the twenty-second means is This is a metal melting method according to the twenty-first means, wherein a vortex is generated in the molten metal by ejecting a gas into the molten metal.
  • the twenty-third means is The metal dissolution method according to the twenty-second means, wherein the gas is an inert gas that is inert to the molten metal.
  • the screen plate for metal melting and the metal melting method of the present invention when melting a melting raw material having a lighter specific gravity than a molten metal such as a briquette material which is a scrap material of an aluminum alloy or a non-ferrous metal material, the metal is melted. If the dissolved raw material is supplied to the lower position of the screen plate, the dissolved raw material is prevented from floating on the molten metal surface, so that it is prevented from coming into contact with air or the like on the molten metal surface and being oxidized, and the oxide It is possible to obtain a clean molten metal with a small amount of metal. Further, the yield of the molten metal to be refined is improved, and the slag treatment work for the oxide treatment is also reduced.
  • the melting raw material fits into the through hole and has a predetermined size, specifically, The metal can be held until it becomes large enough to be dissolved before rising to the surface of the water, and can be dissolved without floating on the surface of the water so as not to be suitably oxidized.
  • the heating chamber has a melting chamber for supplying the melting raw material into the molten metal, and a heating chamber having a heating means for communicating the melting raw material to the melting chamber via a supply path to heat the molten metal. If the opening of the supply path on the heating chamber side and the opening above the opening are partitioned in the heating chamber of the metal melting apparatus so as to melt the melting raw material, the heating means is provided. The floating of the dissolved raw material is prevented in the heating chamber, and the dissolved raw material can be effectively dissolved in an oxygen-free state.
  • a vortex flow is generated in the molten metal in the melting chamber, the specific gravity is light like a briquette material. Even if scrap materials are supplied, they are quickly drawn into the vortex bottom at the center of the vortex, so that it is difficult for them to come into contact with the outside air, and it is difficult for oxides to be formed, so that a cleaner molten metal can be obtained.
  • a stirring member such as a stirring blade or a stirrer from being present at the bottom of the center of the vortex, and the contact between the melting raw material and the stirring member can be prevented.
  • the risk is reduced to each stage, and not only melting materials such as briquette materials and chips, which have a lighter specific gravity than the molten metal, but also dissolving materials such as return materials and new materials that sink in the molten metal are combined and supplied to the melting chamber to dissolve them. Will be able to. Since the number of dynamic parts such as stirring blades and stirrers can be reduced, maintenance and handleability will be improved.
  • the gas is an inert gas that is inert to the molten metal, the degassing effect will be exhibited, and a cleaner and higher quality molten metal can be obtained.
  • scrap materials such as return materials, briquette materials, chips, etc. and new materials can be mixed in any combination or supplied alone, and are clean with little oxide.
  • a metal melting device that can obtain a molten metal, a metal melting device that melts a melting raw material that has a lighter specific gravity than a molten metal such as a briquette material without oxidizing it, and a melting device that has a lighter specific gravity than a molten metal such as a briquette material.
  • a screen plate for metal dissolution for dissolving a raw material so as not to oxidize, and a metal dissolution method are provided.
  • FIG. 1 is a view taken along the line II-II in FIG. 1, which is a schematic cross-sectional view of a melting and holding furnace including the metal melting device according to the present invention. However, for convenience of explanation, members that do not appear in the II-II arrow are also described.
  • FIG. 3 is a view taken along the line IV-IV in FIG. 3, which is a schematic cross-sectional view of a melting and holding furnace including another metal melting device according to the present invention. However, for convenience of explanation, members that do not appear in the IV-IV arrow are also described.
  • FIG. 12 is an arrow view of XIII-XIII in FIG.
  • a melting and holding furnace 1 incorporating the metal melting device 10 is also proposed as the present invention.
  • the metal melting screen plate 70 has a melting chamber 11 for supplying the melting raw material B into the molten metal M and a heating chamber 20 for heating the molten metal M by communicating with the melting chamber 11 via the supply path 13. It is preferably installed in the metal melting apparatus 10 having the above.
  • the metal melting screen plate 70 and the embodiment of the metal melting method will be described.
  • the metal melting device 10 according to the present invention is not limited to the form incorporated in the melting and holding furnace 1 according to the present embodiment, and is used alone as a device for supplying and melting the melting raw material B into the molten metal M. Alternatively, it can be carried out by incorporating it into another kind of melting holding furnace or melting furnace.
  • each chamber is formed of a refractory material 2 in the outer shell 3, and the melting chamber 11 communicates with the heating chamber 20 via a supply path 13.
  • a circulation chamber 50 communicating with the heating chamber 20 and the melting chamber 11 is preferably provided, and the molten metal M is configured to be able to return from the heating chamber 20 to the melting chamber 11 via the circulation chamber 50.
  • immersion heaters 21 and 21 are arranged so as to be inserted into the heating chamber 20 from above to heat the molten metal M.
  • the molten metal M is retained and stored in the melting and holding furnace 1.
  • the temperature of the molten metal M in the melting holding furnace 1 is maintained by heating the molten metal M by the immersion heaters 21 and 21, and the melting raw material B supplied to the melting chamber 11 and the melting chamber 11 are heated via the supply path 13.
  • the dissolution raw material B sent to the chamber 20 is dissolved in the molten metal M.
  • the heating means of the molten metal M in the heating chamber 20 is not limited to the immersion heaters 21 and 21, and an immersion burner may be adopted.
  • the arrangement of the immersion heaters 21 and 21 is not limited to the form of inserting into the heating chamber 20 from above, but also the form of inserting into the heating chamber 20 from the side wall side of the heating chamber 20 as shown in FIGS. 12 and 13. It may be arranged in.
  • the molten metal M is heated in the heating chamber 20 and returned to the melting chamber 11 via the circulation chamber 50, so that the temperature of the molten metal M in the melting chamber 11 is unlikely to decrease. That is, it is difficult for the temperature to drop when the dissolved raw material B is supplied, and the dissolved raw material B is easily melted.
  • the melting chamber 11 has a supply port 11A for supplying the melting raw material B upward, and is an aluminum or aluminum alloy which is the melting raw material B from a carry-in device such as a hopper or a conveyor (not shown) via the supply port 11A. And other non-ferrous metal materials are supplied to the molten metal M in the melting chamber 11. Specific forms of aluminum, aluminum alloys and other non-ferrous metal materials include magnesium and magnesium alloys. In addition, scrap materials such as return materials, briquette materials and chips, and new materials can be mentioned.
  • the metal melting apparatus 10 according to the present invention is suitable for a melting raw material B such as a briquette material which has a lighter specific gravity than the molten metal M and floats on the surface of the molten metal.
  • the dissolved raw material B containing oil, water, etc. of the briquette material may be pretreated to remove the oil, water, etc. by drying and preheating in advance.
  • the melting chamber 11 is provided with a vortex generating means for generating a vortex in the molten metal M in the melting chamber 11. Then, in the metal melting method according to the present invention, it is desirable to generate a vortex in the melting chamber M in the molten metal M in the melting chamber 11.
  • a vortex that agitates the melting raw material B together with the molten metal M by ejecting the gas G into the molten metal M is generated in the melting chamber 11. It is desirable that the gas ejection device 14 is generated in.
  • a magnetic stirring device 114 is provided below the melting chamber 101 as shown in FIG. 10, and a vortex is generated in the molten metal M in the melting chamber 101. May be good.
  • a stirring device provided with a stirring blade 116 at the tip of the rotating shaft 115 as shown in FIG.
  • the degassing treatment may be performed by injecting the inert gas G, which is inert to the molten metal M, from the tip of the rotating shaft 115.
  • the melting raw material B and the outside air are less likely to come into contact with each other, and oxides are less likely to be formed, so that a cleaner molten metal M can be obtained.
  • the collision between the dissolved raw materials B is promoted and the dissolved raw materials B are easily dissolved by the collapse.
  • collapse occurs effectively.
  • the melting chamber side opening 13A of the supply path 13 connecting the melting chamber 11 and the heating chamber 20 is a vortex. It is desirable to form it at the central bottom of the melting chamber 11, which is the position of the central bottom.
  • the dissolved raw material B is drawn into the center of the vortex bottom by the vortex flow, and the dissolved raw material B is supplied to the heating chamber 20 without floating, so that the dissolved raw material B is effectively melted.
  • the melting chamber 11 of the present embodiment is characterized by ejecting gas G into the molten metal M in the melting chamber 11 as shown in FIGS. 1 to 4 and 12 to 13.
  • a gas ejection device 14 for generating a vortex that stirs the melting raw material B together with M is provided in the melting chamber 11, and the metal melting device 10 is configured together with the heating chamber 20.
  • the gas ejection device 14 includes, for example, as shown in FIGS. 1 to 4 and 12 to 13, an ejection portion 14B having an ejection port 14A located in the molten metal M, and an air supply pipe 14C communicating with the ejection portion 14B.
  • the gas generator 14D that generates the gas G can be configured.
  • the gas generator include "nitrogen gas generator (N2 pack)" manufactured by Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. and equivalent devices manufactured by Anest Iwata Co., Ltd.
  • the shape of the melting chamber 11 may be a rectangular box shape, but if a vortex is to be generated, the shape of FIG. 1 is particularly high. As shown in 4 and 12 to 13, it is desirable that the inner space in which the molten metal M is stored is substantially cylindrical or substantially inverted conical. The molten metal M is flowed so as to be guided by the inner wall surface, so that a vortex of the molten metal M is likely to be generated in the melting chamber 11 and the vortex is easily maintained. Therefore, it is possible to reduce the energy related to the gas ejection.
  • a straightening vane may be provided in the melting chamber 11 to guide the gas G ejected from the ejection port 14A in an appropriate direction to facilitate the generation of a vortex flow.
  • a straightening vane protruding from the inner wall of the melting chamber 11 toward the center of the melting chamber 11 is provided at a position immediately above the ejection port 14A. The gas G ejected from the ejection port 14A becomes bubbles and does not rise immediately, so that a vortex flow is likely to occur.
  • an inner surface guide may be formed on the inner wall of the melting chamber 11, and the shape thereof is preferably, for example, a spiral groove. In this way, a vortex is likely to occur.
  • the melting chamber 11 is provided with a molten metal heating means for heating the molten metal M.
  • the molten metal heating means may be provided with a dipping heater at the bottom of the melting chamber 11 or near the side wall.
  • the immersion heater may be arranged so as to be inserted into the molten metal M from above near the side wall of the melting chamber 11. If the molten metal heating means is provided in the melting chamber 11, the molten metal M stored in the melting chamber 11 is heated, the temperature drop of the molten metal M due to the supply of the melting raw material B is reduced, and the melting raw material B is easily melted more quickly. Become. Further, a dipping burner may be used instead of the dipping heater.
  • the gas ejection device 14 in the present embodiment is provided with the ejection portion 14B in the vicinity of the inner wall surface in the melting chamber 11 as shown in FIGS. 1, 2, 12, and 13.
  • the supplied melting raw material B is drawn to the center of the vortex flow by the vortex flow. If the ejection portion 14B is near the inner wall surface, the dissolution raw material B is less likely to come into contact with the ejection portion 14B, and the risk of damage to the gas ejection device 14 is reduced.
  • the gas ejection device 14 is provided in the side wall of the dissolution chamber 11 so as to be less likely to come into contact with the dissolution raw material B, and the ejection port 14A is provided in the dissolution chamber 11 from the wall surface. You may try to face.
  • the melting chamber 11 is a part of the melting holding furnace 1, and the circulation chamber 50 and the circulation passage are provided so that the molten metal M returns from the heating chamber 20 to the melting chamber 11. Therefore, the molten metal M is circulated from the heating chamber 20 to the melting chamber 11, such as between the walls between the melting chamber 11 and the circulation chamber 50, that is, the communication passage 51 between the melting chamber 11 and the circulation chamber 50.
  • a spouting portion 14B is provided in the road so that the spouting port 14A faces the melting chamber 11. By doing so, the ejection portion 14B is not located in the melting chamber 11, the contact between the ejection portion 14B and the dissolution raw material B is effectively prevented, and the risk of damage to the gas ejection device 14 is further reduced. ..
  • the direction desired by the gas G ejection port 14A is set so that the center of the generated vortex flow is the central portion of the melting chamber 11. do it.
  • the melting chamber 11 has a substantially circular diameter in a plan view as shown in the illustrated example, it may be oriented in the substantially tangential direction of the circle.
  • the ejection portion 14B is provided at a depth position near the bottom portion in the melting chamber 11, the ejection port 14A is directed slightly upward, and the gas G ejected from the ejection port 14A is provided. Is ejected from the side of the bottom of the melting chamber 11 in a spiral direction with respect to the central portion of the melting chamber 11, so that a vortex flow is more likely to be generated in the melting chamber 11.
  • the ejection direction of the gas G shown in the figure is an example in which the central portion of the melting chamber 11 is set to be the center of the vortex, but of course, the center of the vortex flow is set to be different from the central portion of the melting chamber 11.
  • the ejection port 14A and the ejection portion 14B may be appropriately provided so that the gas G is ejected in the spiral direction with respect to the center of the vortex flow.
  • gas G ejection points there are a plurality of gas G ejection points in the dissolution chamber 11. In the illustrated form, it is provided in two places. When there are a plurality of ejection points, one gas ejection device 14 having a plurality of ejection ports 14A may be provided in the dissolution chamber 11, or a plurality of gas ejection devices 14 may be provided in the dissolution chamber 11. Good. If the gas G is ejected from a plurality of places, a larger stirring force for the molten metal M can be generated, so that a vortex flow is likely to occur.
  • the ejection port 14A is arranged at a point-symmetrical position with respect to the center of the vortex to be generated, for example, the central portion of the melting chamber 11, the vortex can be more easily generated. Further, when there are a plurality of ejection points, eddy currents are more likely to occur if the depth positions of the ejection points are different. If it is a general melting chamber 11, the depth of one ejection portion is preferably 350 to 400 mm, and the other ejection portion is preferably 170 to 230 mm.
  • the gas ejection device 14 is not limited as long as it ejects a gas G into the molten metal M to flow the molten metal M to generate a vortex, but the jet pump, also called a jet pump, whose cross section is outlined in FIG. It is desirable to adopt 16 configurations.
  • the jet pump 16 pumps a high-pressure driving fluid G to the nozzle 17 and ejects the high-pressure driving fluid G toward the throat 18 at a high speed, so that the pressure of the jet becomes low, and the driven fluid M around the jet flows. Is drawn in and jetted while mixing.
  • the jet pump 16 by injecting the gas G as the driving fluid, the surrounding molten metal M is sucked or entrained as the driven fluid and injected together with the gas G. Therefore, only the gas G is used as the melting chamber. Rather than imparting fluidity to the molten metal M in 11, the molten metal M can be easily flowed in each stage, and a vortex can be easily generated.
  • the jet portion 14B is arranged between the walls between the dissolution chamber 11 and the circulation chamber 50, that is, the communication passage 51 between the dissolution chamber 11 and the circulation chamber 50 and the like.
  • the molten metal M in the vicinity of the communication passage 51 will flow into the melting chamber 11 together with the gas G, and an eddy current can be effectively generated, and the melting raw material B and the melting raw material B can be generated. This is desirable because the contact with the ejection portion 14B, which is a part of the gas ejection device 14, is eliminated.
  • the gas G ejected into the molten metal M is an inert gas (hereinafter referred to as "inert gas") that is inactive with respect to the molten metal M such as nitrogen gas and argon gas.
  • inert gas an inert gas
  • the generation of the inert gas G and the method of supplying air are not limited. It may be supplied by pumping from a compressor that separates nitrogen gas from air or a cylinder filled with an inert gas. It is preferable to eject at a pressure of 0.5 MPa or less, more preferably 0.3 to 0.5 MPa.
  • the generation of a vortex increases the contact between the molten metal M and the inert gas G, so that a high degassing effect can be obtained. Further, by adopting such a configuration, it is not necessary to separately provide a degassing chamber in the melting and holding furnace 1, and the entire furnace can be made compact.
  • a vortex of molten metal M is generated in the melting chamber 11 by gas ejection, so that the molten metal M is formed in the upper part of the melting chamber 11 and supplied.
  • the melting raw material B which is lightweight like a briquette material or has a lighter specific gravity than the molten metal M and floats on the molten metal M, is drawn toward the bottom side of the central portion of the vortex.
  • the molten material B which has a mass and a heavier specific gravity than the molten metal M, sinks to the bottom while being caught in the vortex or receiving the vortex.
  • the vortex is generated by the gas G instead of being generated by the dynamic mechanical device portion such as the stirring blade, even the melting raw material B having a light specific gravity sinks in the molten metal M. Since the melting raw material B does not come into contact with the mechanical device portion, there is an advantage that it can be supplied to the melting chamber 11 together with the melting raw material B having a light specific gravity.
  • Examples of the melting raw material B include scrap materials such as return material, briquette material and chips, and new materials. Of these, briquette material and chips are easy to float with respect to the molten metal M, and the return material and the like. The new material tends to sink with respect to the molten metal M. Therefore, in the metal melting apparatus 10 according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 and 12 to 13, the briquette material and chips are rapidly drawn into the vortex bottom by the vortex flow and sent to the heating chamber 20 to be sent to the heating chamber 20 with air. The contact time is short and oxides are not easily formed, and the molten metal M tends to be clean.
  • the melting chamber can be any combination of scrap materials such as return material, briquette material and chips, and a new material.
  • scrap materials such as return material, briquette material and chips
  • a new material there is an advantage that it can be supplied to 11.
  • the gas ejection is stopped and the molten metal M such as chips or briquette material is formed.
  • the gas may be ejected to generate a vortex only when the dissolved raw material B that is hard to sink is supplied.
  • the dissolved raw material B is promoted to collide with each other in the process of being agitated by the vortex, and is easily dissolved by the collapse.
  • collapse occurs effectively.
  • the gas ejection is stopped and a chip or a briquette material is used.
  • the gas may be ejected to generate a vortex only when the melting raw material B, which is hard to sink in the molten metal M, is supplied.
  • the dissolved raw material B containing oil, water, etc. of the briquette material may be pretreated to remove the oil, water, etc. by drying and preheating in advance.
  • a supply path 13 is provided and the molten metal M is heated in the heating chamber 20 as in the embodiment incorporated in the melting holding furnace 1 according to the present embodiment.
  • the dissolved raw material B such as chips and briquette material is drawn into the center of the vortex bottom by the vortex flow, and the undissolved dissolved raw material B is supplied to the heating chamber 20 in the next process without floating, which is effective.
  • the dissolution raw material B is dissolved.
  • the metal melting device 10 is the undissolved melting raw material B sent from the melting chamber 11 in the vicinity of the supply path 13 or the supply path 13 of the melting chamber 11. It is desirable to provide an impact applying means that gives an impact to the metal.
  • the impact applying means may dynamically apply an impact, but preferably, in terms of maintainability, the undissolved dissolved raw material B is transported to the heating chamber 20 by the flow of the molten metal M. It is desirable that it is a static object such as an obstacle that collides with it.
  • a convex portion may be provided on the inner wall of the supply path 13 or the inner wall in the vicinity of the supply path 13 of the melting chamber 11 so that the undissolved dissolved raw material B collides with the convex portion when passing through.
  • the undissolved raw material B such as a briquette material having a lighter specific gravity than the molten metal M has an upper wall surface 13B of the supply path 13 due to the buoyancy and the flow of the molten metal M into the heating chamber 20.
  • the upper wall surface 13B of the supply path 13 is formed in a stepped shape, or a convex portion is formed on the upper wall surface 13B, the upper wall surface 13B is formed.
  • the undissolved dissolved raw material B moves to the heating chamber 20, it collides with the stepped upper wall surface 13B of the supply path 13 and the convex portion formed on the upper wall surface 13B, and an impact is applied to the undissolved raw material B.
  • the melting raw material B of the above is disintegrated and easily melted quickly in the heating chamber 20 in which the metal melting screen plate 70 is installed.
  • the heating chamber 20 communicating with the melting chamber via the supply path 13 is preferable. It is provided with a heating chamber lid 22 installed by closing the upper opening so as not to create a space between the surface and the surface, so that the melting raw material B sent from the melting chamber 11 can be easily melted in an oxygen-free state.
  • the heating chamber 20 according to the present invention does not necessarily have to be provided with a heating chamber lid 22 that does not form a space between the molten metal M and the surface of the molten metal M.
  • the outlet of the supply path 13 from the melting chamber 11 to the heating chamber 20 in the next step is the heating chamber 20. It should be at the bottom.
  • the outlet of the supply path 13 is the lower part of the heating chamber 20, for example, the melting raw material B having a lighter specific gravity than the molten metal, such as an undissolved briquette material that was not completely melted in the melting chamber 11, is heated.
  • the molten metal M in the heating chamber 20 can be melted in the process of floating, and the undissolved briquette material is less likely to accumulate in the upper part of the heating chamber 20 and be oxidized. ..
  • a gas such as air is provided between the heating chamber lid 22 and the molten metal surface.
  • gas derived from water and oil may accumulate on the lower surface of the lid, so that the dissolved raw material B floats on the surface of the hot water. May be oxidized. Therefore, even when the upper opening is closed by the heating chamber lid 22 so as not to create a space between the molten metal and the surface of the molten metal, it is desirable that the outlet of the supply path 13 is located below the heating chamber 20. ..
  • a metal melting screen plate 70 is provided to prevent the undissolved melting raw material B from floating.
  • the screen plate 70 for metal melting in this way, in particular, the melting raw material B having a lighter specific gravity than the molten metal M such as an undissolved briquette material is prevented from floating in the heating chamber 20 and is not present. It will be possible to dissolve reliably in an oxygen state.
  • the metal melting screen plate 70 is formed of a material that can be sunk and installed in the molten metal M, and forms a plate-like body having a large number of through holes 71.
  • the undissolved dissolved raw material B supplied from the melting chamber 11 into the heating chamber 20 via the supply path 13 is supplied to the bottom side of the metal melting screen plate 70, and is supplied to the bottom side of the metal melting screen plate 70. It is prevented from floating and is retained in the molten metal M, and is melted until it has a size that allows it to pass through the through hole 71 formed in the metal melting screen plate 70.
  • the metal melting screen plate 70 is not limited to this, and can prevent the melting raw material B, which has a lighter specific gravity than the molten metal M, from floating.
  • a melting raw material B having a lighter specific gravity than the molten metal M, such as an undissolved briquette material that was not completely melted in the melting chamber 11, can be supplied below 70, and a screen plate for metal melting is provided at a deep position in the heating chamber 20.
  • the dissolution raw material B can be held on the lower surface side of the 70.
  • the number and size of the through holes 71 formed in the metal melting screen plate 70 are not particularly limited, but the size and melting rate of the supplied melting raw material B, the installation depth of the metal melting screen plate 70, and the molten metal level. It may be appropriately determined in consideration of the distance from and the properties of the dissolution raw material B and the like.
  • the melting raw material B having a size that allows it to pass through the through hole 71 may be set so as to be sufficiently dissolved by the molten metal before it floats on the surface of the molten metal.
  • it is desirable to design so that the time until the undissolved dissolved raw material B floats through the through hole and is dissolved before reaching the surface of the molten metal is 2 to 3 minutes.
  • the through hole 71 has a diameter of 20 to 50 mm.
  • the through hole 71 has a cylindrical shape as shown in FIGS. 6 and 7, or a tapered shape that narrows upward as shown in FIGS. 8 and 9. With this configuration, the undissolved raw material B fits into the through hole 71, stays in a fixed position without moving in the heating chamber 20, and the dissolution facilitates.
  • the material of the metal melting screen plate 70 may be any material that can be submerged and installed in the molten metal M, but is preferably a refractory material such as silicon carbide, zirconia, or fine ceramics.
  • the thickness of the metal melting screen plate 70 is not particularly limited, but if it is the above material, it is easy to obtain sufficient strength if it is 20 to 80 mm.
  • the metal melting screen plate 70 may be installed in the heating chamber 20 so as to be fixed to the bottom of the heating chamber 20 or suspended from the top surface of the heating chamber 20. Good.
  • the installation method is not limited. However, if the immersion heaters 21 and 21 are arranged so as to be inserted into the room from above as in the heating chamber 20 of the embodiment, the immersion heaters 21 and 21 are used for metal melting so as not to come into contact with the floating melting raw material B. It is desirable to dispose the screen plate 70 below the bottom of the immersion heaters 21 and 21. Further, the metal melting screen plate 70 is preferably provided at a height of 20 to 35% from the bottom of the heating chamber 20. Further, as shown in FIG. 4, a plurality of stages of metal melting screen plates 70 may be provided in the heating chamber 20.
  • the hole diameters of the through holes 71 of each metal melting screen plate 70 may be different. In that case, it is desirable that the diameter of the through hole 71 of the upper metal melting screen plate 70 be smaller than the diameter of the through hole 71 of the lower metal melting screen plate 70.
  • the melting raw material B is a new scrap material such as a return material, a briquette material, and chips.
  • a clean molten metal with a small amount of oxide can be obtained.
  • the melting raw material B having a lighter specific gravity than the molten metal M such as a briquette material is melted so as not to be oxidized, and a clean molten metal M with less oxide is dissolved. Can be obtained.
  • inert gas / gas / driving fluid B ... dissolution raw material, M ... molten metal / driven fluid, 70 ... Screen plate for melting metal, 71 ... Through hole, 114 ... Magnetic stirrer, 115 ... Rotating shaft, 116 ... Stirring blade.

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Abstract

スクラップ材と新材を混合又は単独で供給しても酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる金属溶解装置（１０）を提供する。　溶解原料が供給される溶解室（１１）と、前記溶解室（１１）内の溶湯中に気体を噴出し、前記溶解室（１１）内に溶湯の渦流を発生させる気体噴出装置（１４）と、を備える金属溶解装置（１０）により解決される。

Description

金属溶解装置、金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法
　本発明は、溶解原料を溶湯中に供給等して溶解する金属溶解装置に関し、特に、アルミニウム、アルミニウム合金及び非鉄金属等の溶解原料を、鋳造機や溶解炉等へ供給するための溶湯にするために溶解する金属溶解装置、及び溶湯すべく溶解するための金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法に関する。
　環境保全の意識の高まりにより、自動車業界等において、エンジンブロック等の様々な鋳物製造品による部材や装置の軽量化が進められている。これに伴い、アルミニウム材、アルミニウム合金材等の軽量な非鉄金属材の使用量が増加している。
　このため鋳物を製造する溶湯の溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材を用いることで、原料中の新材の使用量を減少させる取り組みが進められている。
　スクラップ材のうち、リターン材は、鋳造過程で発生した不要部分であり、性状が新材に近く、新材とともに溶解して溶湯としやすい。
　一方、スクラップ材の中でも特にブリケット材は、加工より発生する切削屑や切粉等を圧縮して固形化したものであり、油分や水分を含むため、そのまま溶湯中に供給して溶解すると油分が燃焼し、排ガスが生ずるため、質の高い溶湯とならない。そのため、予め含まれる油分や水分等を蒸発させる前処理が行われることがあるなど、新材と同様には溶解し溶湯にし難い。
　また、ブリケット材は、溶湯と比べた場合、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溶湯の湯面に浮遊しやすく一部が酸化されやすい。そして、例えば、アルミニウムの酸化物であるＡｌ2Ｏ3の融点が２０７２℃であるように、アルミニウム材等の非鉄金属材の酸化物であるＡｌ2Ｏ3等は、極めて融点が高く、溶湯中にＡｌ2Ｏ3等の酸化物が形成されると溶湯中で溶解せず異物となって、鋳物の質を低下させる。
　このため、ブリケット材や切粉は、新材やリターン材と混合して溶解するのが難しく、別工程で溶解させることが主流となっている。
　一方、ブリケット材や切粉を溶解して溶湯とする際に酸化物が形成され難くする技術としては下記特許文献１又は２に示す技術がある。
　特許文献１に示される技術は、概略を図１０にも示すように、溶解室１０１の下方に磁気攪拌装置１１４を設けて溶解室内の溶湯Ｍに渦流を発生させ、溶湯Ｍ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Ｍ内に引き込んで酸化物が形成され難いようにする。
　特許文献２に示される技術は、磁気発生装置によって溶解炉全体に溶湯の流れを発生させ、その流れにより溶解炉の一部を構成する溶解室に渦流を発生させ、特許文献１と同様に切粉等を溶湯内に引き込むようにする。
　また、特許文献１には、軸先端から不活性ガスを噴出可能とした攪拌翼を溶湯内に挿入して、攪拌翼によって溶湯を攪拌しつつ脱ガス処理を行う技術も開示される。概略を図１４に示すように、特許文献１記載の脱ガス処理のように、回転軸１１５の先端から不活性なガスＧを噴出可能とした攪拌翼１１６を溶湯Ｍ内に挿入して、攪拌翼１１６によって溶解室１０２に渦流を発生させ、切粉を溶湯内に引き込む技術も提案されている。
特開２０１３－６０６２９号公報 特開平２－２１９９７８号公報
　しかしながら、溶解室内に挿入した攪拌翼を回転させて溶解室内に渦流を発生させる従来技術では、図１４に示すように、湯面近傍で回転軸１１５に酸化物Ｓが付着形成されることがあり、また、ブリケット材投入時に攪拌翼１１６を損傷させることがある。さらに、新材やリターン材とともに混合溶解しようとした場合には、比重の重い新材やリターン材が攪拌翼に衝突することになるため、より攪拌翼１１６の破損の虞は高まる。
　また、磁気攪拌装置１１４を溶解室１０１の底下方に設けて溶解室に渦流を発生させる技術は、図１０に示すように、溶解室１０１の底自体は、耐火材２で構成する必要があり鉄皮等の金属磁性体で構成することができないため、溶解室１０１の底下部に耐火材２を介して磁気攪拌装置１１４を近接配置する必要がある。しかし、このようにすると溶解室１０１の底下部において外方に向かう温度勾配が他の部位と異なることになり、磁気攪拌装置１１４と耐火材１１２との境界部等で溶湯漏れが生じる虞は高まる。さらに、高温の溶湯Ｍが貯留する溶解室１０１の底下方はメンテナンス性が非常に悪い位置である。
　また、上記従来方法による渦流によって、問題なくブリケット材が溶湯中に引き込まれることもあるが、そのように引き込まれたブリケット材が完全に溶解せずに未溶解のまま次工程に移送されることがある。そして、そのような場合には、次工程において未溶解のブリケット材が湯面に浮上し、そこで酸化されてしまう。
　そこで、本発明の主たる課題は、上記従来技術の問題を解決し、溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材と新材とを、いずれの組み合わせで混合しても又は単独で供給しても、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる金属溶解装置、ブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させる金属溶解装置、ブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させるための金属溶解用スクリーン板、及び金属溶解方法を提供することにある。
　上記課題を解決するための手段は次のとおりである。
　〔第一～第八の手段〕
　その第一の手段は、
　溶解原料が供給される溶解室と、
　前記溶解室内の溶湯中に気体を噴出し、前記溶解室内に溶湯の渦流を発生させる気体噴出装置と、を備える、
　ことを特徴とする金属溶解装置である。
　第二の手段は、
　前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、上記第一の手段に係る金属溶解装置である。
　第三の手段は、
　前記気体噴出装置は、複数の気体噴出口を有し、前記溶解室内の複数の位置から前記気体が噴出される、上記第一又は第二の手段に係る金属溶解装置である。
　第四の手段は、
　前記気体が前記溶解室の内壁面に沿ってかつ下方から上方に向かって螺旋方向に噴出される、上記第一～第三の手段に係る金属溶解装置である。
　第五の手段は、
　前記溶解室は、循環する溶湯流路の一部にあり、循環して前記溶解室に供給される溶湯が、噴出される前記気体とともに渦流を発生させる流体として、前記溶解室内に供給される、上記第一～第四の手段に係る金属溶解装置である。
　第六の手段は、
　前記溶解室から溶湯を次工程に供給するための供給路を備え、
　その供給路又は前記溶解室の供給路近傍に、前記溶解室から次工程に流出する未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を、備える、
　上記第一～第五の手段に係る金属溶解装置である。
　第七の手段は、
　前記衝撃付与手段は、前記未溶解の溶解原料が衝突するように構成された前記供給路の内壁又は前記溶解室の供給路近傍の内壁である、上記第一～第六の手段に係る金属溶解装置である。
　第八の手段は、
　前記溶解室は、溶湯を加熱する溶湯加熱手段を備える、上記第一～第七の手段に係る金属溶解装置である。
　〔第一～第八の手段に係る発明の作用効果〕
　第一～第八の手段に係る本発明の金属溶解装置は、溶解室内に渦流を発生させるためブリケット材や切粉のような比重の軽いスクラップ材が供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるため外気と接触し難く酸化物が形成され難い。
　そのうえ、気体噴出装置によって溶湯に渦流を発生させるため、渦中心底部に撹拌翼やスターラといった攪拌部材が存在しない。したがって、溶解原料と攪拌部材との接触の虞が各段に少なく、リターン材、ブリケット材、切粉等の複数種のスクラップ材と新材とをいずれの組み合わせで混合又は単独で溶解室に供給して溶解することができる。
　また、気体発生装置により渦流を発生させるため、攪拌翼やスターラによる攪拌と異なり動的部分が少なくできるため、メンテナンスや取り扱い性にも優れる。
　気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスであれば、脱ガス効果が発現し、清浄で質の高い溶湯が得られる。
　気体噴出装置において気体噴出口を複数個設ければ、質量のある溶湯に効果的に流れを発生させることができ、効果的に渦流を発生させやすくなる。
　気体が溶解室の内壁面に沿うように下方から上方に螺旋方向に噴出されるようにすれば、渦流を効果的かつ持続的に発生させやすくなり、渦中心底部へ溶解原料がより引き込まれやすくなる。このとき、溶解室を略逆円錐状としたり、略円柱形状とすればより効果的である。
　また、溶解室を、例えば、溶解炉の一部として、循環する溶湯流路の一部として設け、循環して溶解室に供給される溶湯が、噴出される気体とともに渦を発生させる流体として、溶解室内に供給されるようにすれば、溶解室内に効果的に渦流を発生させることができる。
　一方、溶解室から溶湯を次工程に供給するための供給路を設けて、その供給路又は溶解室の供給路近傍に、溶解室から次工程に流出する未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を設ければ、例えば、供給及び溶解室内で溶解しきれなかったブリケット材等の未溶解の溶解原料が衝撃付与手段によって衝撃が与えられて砕け、次工程へ供給されるまでに溶解されやすくなる。
　未溶解の溶解原料が衝突するように衝撃付与手段を供給路の内壁又は溶解室の供給路近傍の内壁に構成すれば、簡易かつ動的部分を作ることなく未溶解の溶解原料に衝撃を与えることができる。
　さらに、溶解室に溶湯を加熱する加熱手段を備えれば、溶解室に貯留される溶湯が加熱され、溶解原料供給による溶湯の温度低下が少なくなり、溶解原料がより迅速に溶解されやすくなる。
　〔第九～第十五の手段〕
　その第九の手段は、
　溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、
　供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有し、
　前記加熱室内に、前記供給路から移送される未溶解の溶解原料の浮上を、少なくとも所定の大きさとなるまで防止する金属溶解用スクリーン板が設けられている、
　ことを特徴とする金属溶解装置である。
　第十の手段は、
　前記金属溶解用スクリーン板は、多数の貫通孔を有するものであり、それら貫通孔が、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっている、上記第九の手段に係る金属溶解装置である。
　第十一の手段は、
　前記供給路又は前記溶解室の供給路近傍に、前記溶解室から前記加熱室に移送される前記未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を備える、上記第九又は第十の手段に係る金属溶解装置である。
　第十二の手段は、
　前記衝撃付与手段は、前記未溶解の溶解原料が衝突するように構成された前記供給路の内壁又は前記溶解室の供給路近傍の内壁である、上記第九～第十一の手段に係る金属溶解装置である。
　第十三の手段は、
　前記溶解室に、当該溶解室内の溶湯に渦流を発生させる渦流発生手段が、設けられている、上記第九～第十二の手段に係る金属溶解装置である。
　第十四の手段は、
　前記渦流発生手段が、溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させるものである、上記第十三の手段に係る金属溶解装置。
　第十五の手段は、
　前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、上記第十四の手段に係る金属溶解装置である。
　〔第九～第十五の手段に係る発明の作用効果〕
　本発明によれば、例えばアルミニウム合金又は非鉄金属材料のスクラップ材であるブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を溶解するにあたり、加熱室内に金属溶解用スクリーン板を設けたことにより、その溶解原料の湯面へ浮上が防止されるため、湯面において空気等と接触して酸化することが防止され、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる。さらに、精製する溶湯の歩留りの向上とともに、酸化物処理のための脱滓処理作業も軽減される。
　また、金属溶解用スクリーン板を多数の貫通孔を有するものとし、それら貫通孔を、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっているものとすると、溶解原料が、貫通孔に嵌り、所定の大きさ、具体的には、湯面に上昇する前に溶解されるに十分な大きさとなるまで、保持して、湯面に浮上することなく好適に酸化しないよう溶解させることができる。
　また、供給路又は溶解室の供給路近傍に、加熱室に移送される未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を設ければ、未溶解の溶解原料が衝撃付与手段によって衝撃が与えられて砕け、加熱室に供給されるまでに溶解されやすくなる。特に、ブリケット材のような、切削屑や切粉等を圧縮して固形化したものであれば、衝撃により崩壊しやすく特に効果的に溶解を進めることができる。
　その衝撃付与手段を未溶解の溶解原料が衝突するように構成された供給路等とすれば、簡易かつ動的部分を作ることなく未溶解の溶解原料に衝撃を与えることができる。
　また、溶解室に、溶解室内の溶湯に渦流を発生させる渦流発生手段を設ければ、ブリケット材のような比重の軽いスクラップ材が供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるため外気と接触し難くなるため、より酸化物が形成された難く、より清浄な溶湯を得ることができるようになる。
　さらに、その渦流発生手段を、溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させるものとすれば、渦中心底部に撹拌翼やスターラといった攪拌部材が存在させないようにでき、溶解原料と攪拌部材との接触のおそれが各段に少なくなり、ブリケット材や切粉等の溶湯よりも比重の軽い溶解原料だけでなく、リターン材や新材といった溶湯に沈む溶解原料を組み合わせて溶解室に供給して溶解することができるようになる。攪拌翼やスターラのような動的部品を少なくできるため、メンテナンスや取り扱い性にも優れるようになる。
　さらに、その気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスとすれば、脱ガス効果が発現し、より清浄で質の高い溶湯が得られるようになる。
　〔第十六～第二十三の手段〕
　その第十六の手段は、
　多数の貫通孔を有する板状をなし、溶湯中に設置され、溶湯内に供給された溶湯よりも比重の軽い溶解原料を所定の大きさとなるまで湯面へ浮上しないように、保持することを特徴とする金属溶解用スクリーン板である。
　第十七の手段は、
　溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
　前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように設置される、
　上記第十六の手段に係る金属溶解用スクリーン板である。
　第十八の手段は、
　前記貫通孔が、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっている、上記第十六又は第十七の手段に係る金属溶解用スクリーン板である。
　第十九の手段は、
　多数の貫通孔を有する板状をなす金属溶解用スクリーン板を、溶湯中に設置し、溶湯内における前記金属溶解用スクリーン板よりも底側に溶湯よりも比重の軽い溶解原料が供給されるようにし、
　前記溶解原料が、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、ことを特徴とする金属溶解方法である。
　第二十の手段は、
　溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
　前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように、前記金属溶解用スクリーン板を設置し、前記供給路から前記加熱室に送られる前記溶解原料を、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、上記第十九の手段に係る金属溶解方法である。
　第二十一の手段は、
　前記溶解室内の溶湯に渦流を発生させ、前記溶解室内に供給された前記溶解原料を渦流によって前記供給路に引き込んで前記加熱室に送る、上記第二十の手段に係る金属溶解方法である。
　第二十二の手段は、
　溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させる、上記第二十一の手段に係る金属溶解方法である。
　第二十三の手段は、
　前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、上記第二十二の手段に係る金属溶解方法である。
　〔第十六～第二十三の手段に係る発明の作用効果〕
　本発明の金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法によれば、例えばアルミニウム合金又は非鉄金属材料のスクラップ材であるブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を溶解するにあたり、金属溶解用スクリーン板の下方位置に溶解原料が供給されるようにすれば、その溶解原料の湯面へ浮上が防止されるため、湯面において空気等と接触して酸化することが防止され、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる。さらに、精製する溶湯の歩留りの向上とともに、酸化物処理のための脱滓処理作業も軽減される。
　また、金属溶解用スクリーン板の貫通孔を、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっているものとすると、溶解原料が、貫通孔に嵌り、所定の大きさ、具体的には、湯面に上昇する前に溶解されるに十分な大きさとなるまで、保持して、湯面に浮上することなく好適に酸化しないよう溶解させることができる。
　また、特に、前記金属溶解用スクリーン板を、溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように設置して、溶解原料を溶解するようにすれば、加熱手段を有する加熱室内において溶解原料の浮上が防止され無酸素状態で効果的に溶解原料を溶解させることができる。
　また、このように金属溶解用スクリーン板が設置される加熱室と溶解室とを有する金属溶解装置においては、溶解室内の溶湯に渦流を発生させるようにすれば、ブリケット材のような比重の軽いスクラップ材が供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるため外気と接触し難くより酸化物が形成された難く、より清浄な溶湯を得ることができるようになる。
　さらに、溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させるようにすれば、渦中心底部に撹拌翼やスターラといった攪拌部材が存在させないようにでき、溶解原料と攪拌部材との接触のおそれが各段に少なくなり、溶湯よりも比重の軽いブリケット材や切粉等の溶解原料だけでなく、リターン材や新材といった溶湯に沈む溶解原料を組み合わせて溶解室に供給して溶解することができるようになる。攪拌翼やスターラのような動的部品を少なくできるため、メンテナンスや取り扱い性にも優れるようになる。
　さらに、その気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスとすれば、脱ガス効果が発現し、より清浄で質の高い溶湯が得られるようになる。
　本発明によれば、溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材と新材とを、いずれの組み合わせで混合しても又は単独で供給しても、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる金属溶解装置、ブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させる金属溶解装置、ブリケット材のような溶湯に比して比重の軽い溶解原料を酸化させないように溶解させるための金属溶解用スクリーン板、及び金属溶解方法が提供される。
本発明に係る金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。 図１におけるII-II矢視図であり、本発明に係る金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためII-II矢視に現れない部材等も記載する。 本発明に係る他の金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。 図３におけるIV-IV矢視図であり、本発明に係る他の金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためIV-IV矢視に現れない部材等も記載する。 本発明に係る噴流ポンプを説明するための断面図である。 本実施形態に係る金属溶解用スクリーン板を説明するための斜視図である。 本実施形態に係る他の金属溶解用スクリーン板のVI-VI断面図である。 本実施形態に係る他の金属溶解用スクリーン板を説明するための斜視図である。 本実施形態に係る他の金属溶解用スクリーン板のVIII-VIII断面図である。 金属溶解装置の例の断面図である。 他の金属溶解装置の例の断面図である。 本発明に係る別の金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。 図１２におけるXIII- XIII矢視図であり、本発明に係る別の金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためXIII - XIII矢視に現れない部材等も記載する。 従来の金属溶解装置の例の断面図である。
　以下、本発明に係る実施形態を図１～図１３を参照しながら説明する。
　本実施形態に係る金属溶解装置１０は、溶解原料Ｂを溶湯Ｍ中に供給して溶解する溶解室１１、供給路１３を介して溶解室１１に連通し溶湯Ｍを加熱する加熱室２０、溶湯Ｍを保持して溶湯Ｍ中の不純物等を沈殿させるなどする鎮静室３０、溶湯Ｍを汲み出して外部の鋳造機、他の溶解保持炉や保持炉等へ出湯する汲出室４０を備える溶解保持炉１に好ましく組み込まれている。この金属溶解装置１０が組み込まれた溶解保持炉１も本発明として提案される。
　また、本実施形態に係る金属溶解用スクリーン板７０は、溶解原料Ｂを溶湯Ｍ中に供給する溶解室１１と、供給路１３を介して溶解室１１に連通し溶湯Ｍを加熱する加熱室２０とを有する金属溶解装置１０に好適に設置されるものである。以下、上記の金属溶解装置１０及び溶解保持炉１を説明するなかで、金属溶解用スクリーン板７０及び金属溶解方法の実施形態について説明する。
　なお、本発明に係る金属溶解装置１０は、本実施形態に係る溶解保持炉１に組み込まれる形態に限定されることなく、溶解原料Ｂを溶湯Ｍ中に供給して溶解する装置として、単独で又は他の種の溶解保持炉や溶解炉に組み込んで実施することができる。
　本実施形態に係る溶解保持炉１は、外殻３内において各室が耐火材２により形成され、溶解室１１は供給路１３を介して加熱室２０に連通している。さらに、前記加熱室２０及び溶解室１１に連通する循環室５０が好ましく設けられており、溶湯Ｍが、加熱室２０から循環室５０を介して溶解室１１に還流可能に構成されている。
　図１～図４に示す、加熱室２０には、好ましい形態として、浸漬ヒータ２１，２１が上方から加熱室２０内に差し込まれるように配されており、溶湯Ｍを加熱する。これにより、溶解保持炉１内に溶湯Ｍが保持貯留される。また、浸漬ヒータ２１，２１による溶湯Ｍの加熱により、溶解保持炉１内の溶湯Ｍの温度が保持され、溶解室１１に供給された溶解原料Ｂ及び溶解室１１から供給路１３を介して加熱室２０に送られた溶解原料Ｂは、溶湯Ｍ中で溶解される。但し、加熱室２０における溶湯Ｍの加熱手段は、浸漬ヒータ２１，２１に限定されず、浸漬バーナを採用してもよい。また、浸漬ヒータ２１，２１の配置についても、上方から加熱室２０内に差し込む形態に限らず、図１２及び図１３のように加熱室２０の側壁側から加熱室２０内に差し込む形態や、底部に配置するようにしてもよい。本実施形態に係る溶解保持炉１では、加熱室２０で溶湯Ｍが加熱され循環室５０を介して溶解室１１に還流されるため溶解室１１内の溶湯Ｍの温度が低下し難い。つまり、溶解原料Ｂが供給された際の温度低下がし難く、溶解原料Ｂが溶解しやすくなっている。
　溶解室１１は、上方に溶解原料Ｂを供給するための供給口１１Ａを有しており、図示されないホッパーやコンベア等の搬入装置から、供給口１１Ａを介して溶解原料Ｂであるアルミニウム、アルミニウム合金及びその他の非鉄金属材が、溶解室１１中の溶湯Ｍに対して供給される。アルミニウム、アルミニウム合金及びその他の非鉄金属材の具体的形態としては、マグネシウムやマグネシウム合金が例示できる。また、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とが挙げられる。特に、本発明に係る金属溶解装置１０は、溶湯Ｍよりも比重が軽く湯面に浮くブリケット材のような溶解原料Ｂに適する。ブリケット材等の油分や水分等を含む溶解原料Ｂについては、事前に乾燥・予熱により油分・水分等を除去する前処理を行ってもよい。
　他方で、本発明に係る金属溶解装置１０は、溶解室１１に、溶解室１１内の溶湯Ｍに渦流を発生させる渦流発生手段が、設けられているのが望ましい。そして、本発明に係る金属溶解方法においては、溶解室１１に、溶解室１１内の溶湯Ｍに渦流を発生させるのが望ましい。
　渦流発生手段としては、図１～４及び図１２～図１３に示す形態のように、溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出することで、溶湯Ｍとともに溶解原料Ｂを攪拌する渦流を溶解室１１内に発生させる気体噴出装置１４であるのが望ましい。金属溶解用スクリーン板を設けた効果を得る目的では、図１０に示すような、溶解室１０１の下方に磁気攪拌装置１１４を設けて溶解室１０１内の溶湯Ｍに渦流を発生させるものであってもよい。さらに、図１１に示すような回転軸１１５の先端に攪拌翼１１６を設けた攪拌装置を溶解室１０１または循環室５０の溶湯Ｍ内に挿入して、攪拌翼１１６によって溶湯Ｍを攪拌して渦流を発生させるようにしたものであってもよい。この形態では、回転軸１１５の先端から溶湯Ｍに対して不活性な不活性ガスＧを噴射して、脱ガス処理を行うようにしてもよい。これらの形態のように溶解室１０１内の溶湯Ｍに渦流を発生させることにより、溶湯Ｍよりも比重の軽い溶解原料Ｂが供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるようになり、溶解原料Ｂと外気とが接触し難くなり、より酸化物が形成され難く、より清浄な溶湯Ｍが得られる。また、溶解原料Ｂが、渦流により攪拌される過程で、溶解原料Ｂ同士の衝突が促されて崩壊により溶解されやすくなる。特に、切削屑や切粉等を圧縮して固形化したブリケット材では、崩壊が効果的に発生する。
　また、特に渦流を発生させるようにする場合、例えば、図２、図４及び図１３に示すように、溶解室１１と加熱室２０とを繋ぐ供給路１３の溶解室側開口１３Ａは、渦流の中心底部の位置となる溶解室１１の中央底部に形成するのが望ましい。溶解原料Ｂが渦流によって渦底中心部に引き込まれるとともに、溶解原料Ｂが浮くことなく加熱室２０に供給されるようになり、効果的に溶解原料Ｂの溶解がなされるようになる。
　本実施形態に係る溶解室１１における特に好ましい形態である渦流発生手段として、溶湯中に気体Ｇを噴出することで、溶湯Ｍに渦流を発生させる具体的な形態をさらに説明する。本実施形態の溶解室１１は、上記のとおり、図１～図４、図１２～図１３に示すように、特徴的に、溶解室１１内の溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出して、溶湯Ｍとともに溶解原料Ｂを攪拌する渦流を溶解室１１内に発生させる気体噴出装置１４が設けられており、前記加熱室２０とともに金属溶解装置１０を構成している。
　気体噴出装置１４は、例えば、図１～図４、図１２～図１３に示すように、溶湯Ｍ内に位置する噴出口１４Ａを有する噴出部１４Ｂ、この噴出部１４Ｂに連通する送気管１４Ｃ、及び気体Ｇを発生させる気体発生装置１４Ｄで構成することができる。例えば、気体が窒素ガスの場合、気体発生装置の例としては、株式会社日立産機システムの「窒素ガス発生装置（Ｎ２パック）」及びアネスト岩田株式会社製等のその相当装置が挙げられる。気体発生装置１４Ｄから送気管１４Ｃを介して溶解室１１内に送気される気体Ｇを噴出口１４Ａから溶湯Ｍ内に噴出させることで、溶解室１１内の溶湯Ｍを攪拌して渦流が発生させる。
　溶解室１１の形状は、矩形の箱型でもよいが、渦流を発生させるのであれば、特に図１
～４及び図１２～図１３に示されるように、溶湯Ｍが貯留される内空間が略円筒型又は略逆円錐型であるのが望ましい。内壁面に案内されるように溶湯Ｍが流動されて、溶解室１１内に溶湯Ｍの渦流が発生しやすくなるとともに、その渦流を持続させやすくなる。このため気体噴出に係るエネルギーを少なくすることが可能となる。
　さらに、図示はしないが、溶解室１１内に噴出口１４Ａから噴出された気体Ｇを適宜の方向に案内し、渦流を発生させやすくする整流板を設けてもよい。例えば、溶解室１１の内壁から溶解室１１の中心方向に向かって突出する整流板を、噴出口１４Ａの直近上方の位置に設ける。噴出口１４Ａから噴出された気体Ｇが気泡となって直ぐに上昇せず、渦流が発生しやすくなる。この際、整流板を、噴出口１４Ａ側から遠ざかるにしたがって、やや上方に向かうように傾斜させれば、気体Ｇが略螺旋方向に噴出されるようになり、渦流をより発生させやすくなる。また、溶解室１１の内壁に内面ガイドを形成してもよく、その形状としては例えば螺旋状に溝を形成するのが好ましい。このようにすれば渦流が発生しやすくなる。
　溶解室１１は、溶湯Ｍを加熱する溶湯加熱手段を備えるのが望ましい。溶湯加熱手段としては、図示はしないが、溶解室１１底部や側壁近傍に浸漬ヒータを設ければよい。浸漬ヒータは、溶解室１１側壁近傍において上方から溶湯Ｍ内に差し込むように配置してもよい。溶解室１１に溶湯加熱手段を設ければ、溶解室１１に貯留される溶湯Ｍが加熱され、溶解原料Ｂの供給による溶湯Ｍの温度低下が少なくなり、溶解原料Ｂがより迅速に溶解されやすくなる。また、浸漬ヒータの代わりに浸漬バーナを採用しても構わない。
　本実施形態における気体噴出装置１４は、図１及び図２、図１２及び図１３に示す形態のように、溶解室１１内において噴出部１４Ｂを内壁面近傍に設けるのが望ましい。供給された溶解原料Ｂは渦流により渦流中心へと引き込まれる。噴出部１４Ｂが内壁面近傍にあれば、溶解原料Ｂが噴出部１４Ｂと接触し難くなり、気体噴出装置１４の破損の虞が小さくなる。
　さらに、気体噴出装置１４は、図３及び図４に示す形態のように、溶解原料Ｂとより接触し難いように、溶解室１１の側壁内に設け、壁面から噴出口１４Ａが溶解室１１内に臨むようにしてもよい。図３及び図４に示す形態では、溶解室１１が溶解保持炉１の一部であり、加熱室２０から溶解室１１に溶湯Ｍが還流するように循環室５０や循環路を設けるように構成されているため、溶解室１１と循環室５０との間の壁間、つまり溶解室１１と循環室５０との間の連通路５１等、加熱室２０から溶解室１１へ溶湯Ｍを循環させる循環路中に、噴出部１４Ｂをその噴出口１４Ａが溶解室１１に臨むように設けている。このようにすれば、溶解室１１内に噴出部１４Ｂが位置しなくなり、噴出部１４Ｂと溶解原料Ｂとの接触が効果的に防止され、気体噴出装置１４の破損のおそれが各段に小さくなる。
　気体Ｇの噴出口１４Ａが望む方向、すなわち気体噴出方向としては、図１～図４及び図１２～図１３に示すように、発生させる渦流の中心が溶解室１１の中央部となるように設定すればよい。例えば、図示例のように平面視で略円径の溶解室１１であれば、その円の略接線方向に向けるようにすればよい。
　さらに、図２及び図１３に示すように、噴出部１４Ｂを溶解室１１内の底部近傍の深さ位置に設け、噴出口１４Ａをやや上方に向けるようにし、噴出口１４Ａから噴出された気体Ｇが溶解室１１中央部に対して、溶解室１１底部側方から螺旋方向に噴出されるようにすれば、溶解室１１内に渦流をより発生させやすくなる。なお、図示の気体Ｇの噴出方向は、溶解室１１中央部が渦中心となるように設定した例であるが、もちろん、渦流の中心を溶解室１１中央部とは異なる位置となるように設定した場合には、その渦流の中心に対して気体Ｇが螺旋方向に噴出するように噴出口１４Ａ及び噴出部１４Ｂを適宜に設けるようにすればよい。
　溶解室１１内における気体Ｇの噴出箇所は、複数とするのが望ましい。図示の形態では、二か所に設けている。噴出個所を複数とする場合、複数の噴出口１４Ａを有する一つの気体噴出装置１４を溶解室１１に設けるようにしてもよいし、溶解室１１に複数の気体噴出装置１４を設けるようにしてもよい。複数個所から気体Ｇを噴出するようにすれば、溶湯Ｍに対するより大きな攪拌力を発生させることができるため渦流が発生しやすくなる。この場合、発生させる渦流の中心、例えば、溶解室１１中央部に対して点対称位置に噴出口１４Ａを配置すれば、渦流をより発生させやすくなる。さらに、噴出個所を複数とする場合、噴出個所の深さ位置を異なるようにするとより、渦流が発生しやすくなる。一般的な溶解室１１の深さであれば、好ましくは、一方の噴出個所を３５０～４００ｍｍとし、他方の噴出個所を１７０～２３０ｍｍとするのがよい。
　気体噴出装置１４は、溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出させて溶湯Ｍを流動させ、渦流を発生させるものであれば限定されないが、図５に断面概略を示す、ジェットポンプとも称される噴流ポンプ１６の構成を採用するのが望ましい。噴流ポンプ１６は、高圧の駆動流体Ｇをノズル１７に圧送し、そこからスロート１８に向けて高速に噴出させると噴流の圧力が低圧になることを利用して、噴流の周囲の被駆動流体Ｍを引き込んで、混合しながら噴射する。したがって、噴流ポンプ１６を用いれば、気体Ｇを駆動流体として噴射することで、周囲の溶湯Ｍを被駆動流体として吸引又は巻き込みつつ気体Ｇとともに噴射されるようになるため、気体Ｇのみで溶解室１１内の溶湯Ｍに流動性を付与するよりも、各段に溶湯Ｍを流動させやすく、渦流を容易に発生させることができる。
　特に、図３及び図４に示す形態のように、噴出部１４Ｂを溶解室１１と循環室５０との間の壁間、つまり溶解室１１と循環室５０との間の連通路５１等に配するとともに、噴流ポンプ１６の構成を採用すれば、連通路５１近傍の溶湯Ｍが気体Ｇとともに溶解室１１内に流れこむようになり、効果的に渦流を発生させることができるうえ、溶解原料Ｂと気体噴出装置１４の一部である噴出部１４Ｂとの接触がなくなるため望ましい。さらに、加熱室２０から溶解室１１に還流する溶湯Ｍの流れが発生し、溶解室１１に供給された溶解原料Ｂのうち未溶解の溶解原料Ｂが溶解室１１に留まらず、加熱室２０に供給されて、溶解原料Ｂの溶解が効果的に進むようになる。
　溶湯Ｍ内に噴出する気体Ｇとしては、窒素ガス、アルゴンガス等の溶湯Ｍに対して不活性な不活性ガス（以下「不活性なガス」という）であるのが望ましい。不活性なガスＧの生成や送気方法について限定されない。空気から窒素ガスを分離するコンプレッサーや不活性ガスを封入したボンベ等から圧送して供給すればよい。好ましくは、０．５ＭＰａ以下、より好ましくは０．３～０．５ＭＰａの圧力で噴出させるとよい。不活性なガスＧを溶湯Ｍ内に吹き込むようにすることで、渦流発生とともに脱ガス効果が発現し溶湯Ｍを清浄することができる。特に、渦流の発生により溶湯Ｍと不活性なガスＧの接触性が高まることで高い脱ガス効果が得られる。また、係る構成をとることで、溶解保持炉１に別途に脱ガス室を設ける必要がなくなり、炉全体をコンパクトにすることができる。
　図１～図４及び図１２～図１３に示す実施形態の金属溶解装置１０では、溶解室１１内に気体噴出によって溶湯Ｍの渦流が発生しているため、溶解室１１の上部に形成され供給口１１Ａから投入された溶解原料Ｂのうち、ブリケット材のように軽量であったり溶湯Ｍよりも比重が軽く溶湯Ｍに浮く溶解原料Ｂは、渦流の中心部底側に向かって引き込まれる。その一方で、質量があり溶湯Ｍよりも比重が重い溶解原料Ｂでは、渦流に巻き込まれつつあるいは渦流の流れを受けつつ底に沈んでいく。この形態の溶解室１１では、攪拌翼等の動的な機械装置部分により渦流を発生させるのではなく、気体Ｇにより渦流を発生させるため、比重の軽い溶解原料Ｂであっても溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂであっても機械装置部分との接触がないため、比重の軽い溶解原料Ｂとともに、溶解室１１に供給することができる利点がある。
　溶解原料Ｂとしては、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とが挙げられるが、このうちブリケット材と切粉は、溶湯Ｍに対して浮きやすく、また、リターン材や新材は、溶湯Ｍに対して沈みやすい。したがって、図１～図４及び図１２～図１３に示す実施形態に係る金属溶解装置１０では、ブリケット材や切粉は、渦流により迅速に渦底に引き込まれ加熱室２０に送られ、空気との接触時間が短く酸化物が形成されがたく清浄な溶湯Ｍとなりやすい。また、新材やリターン材は、溶湯Ｍ中に沈む過程で渦流に曝されて溶解が進む。よって、この実施形態に係る気体Ｇの噴出により溶解室１１に渦流を発生させる金属溶解装置１０では、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とをいずれの組み合わせでも溶解室１１に供給することができる利点がある。なお、この金属溶解装置１０では、例えば、新材やリターン材のような溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂのみを溶解する場合には気体噴出を停止し、切粉やブリケット材のような溶湯Ｍに沈み難い溶解原料Ｂを供給する場合のみ気体噴出を行って渦流を発生させるようにしてもよい。
　さらに、溶解原料Ｂは、渦流により攪拌される過程で、溶解原料Ｂ同士の衝突が促されて崩壊により溶解されやすくなる。特に、切削屑や切粉等を圧縮して固形化したブリケット材では、崩壊が効果的に発生する。
　なお、本発明に係る金属溶解装置１０では、例えば、新材やリターン材のような溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂのみを溶解する場合には気体噴出を停止し、切粉やブリケット材のような溶湯Ｍに沈み難い溶解原料Ｂを供給する場合のみ気体噴出を行って渦流を発生させるようにしてもよい。また、ブリケット材等の油分や水分等を含む溶解原料Ｂについては、事前に乾燥・予熱により油分・水分等を除去する前処理を行ってもよい。
　他方で、気体噴出により渦流を発生させる本実施形態に係る金属溶解装置１０においても、本実施形態に係る溶解保持炉１に組み込む形態のように、供給路１３を設けて溶湯Ｍを加熱室２０等の次工程に連続的に供給できるよう構成する場合には、溶解室１１から次工程に溶湯Ｍを供給する供給路１３の溶解室１１側開口１３Ａを、渦流の中心底部、例えば、溶解室１１の中央底部に形成するのが望ましい。上記のとおり切粉やブリケット材等の溶解原料Ｂが渦流によって渦底中心部に引き込まれるとともに、未溶解の溶解原料Ｂが浮くことなく次工程の加熱室２０に供給されるようになり、効果的に溶解原料Ｂの溶解がなされる。
　そして、このように供給路１３を設ける場合、本実施形態に係る金属溶解装置１０は、供給路１３又は溶解室１１の供給路１３近傍に、溶解室１１からに送られる未溶解の溶解原料Ｂに衝撃を与える衝撃付与手段を設けるのが望ましい。衝撃付与手段は、動的に衝撃を付与するものであってもよいが、好ましくは、メンテナンス性の面で、未溶解の溶解原料Ｂが溶湯Ｍの流れによって加熱室２０に搬送される過程で衝突するような障害物など静的なものであるのが望ましい。例えば、供給路１３の内壁又は溶解室１１の供給路１３近傍の内壁に凸部を設け、未溶解の溶解原料Ｂが通過する際に凸部に衝突するようにすればよい。さらに、具体的な例としては、溶湯Ｍに比して比重の軽いブリケット材等の未溶解の溶解原料Ｂは、浮力と加熱室２０への溶湯Ｍの流れによって、供給路１３の上壁面１３Ｂに沿って移動されるため、図２、図４及び図１３に示すように、供給路１３の上壁面１３Ｂを階段状に形成したり、上壁面１３Ｂに凸部を形成したりするなどすれば、未溶解の溶解原料Ｂが加熱室２０へ移動する際に、供給路１３の階段状の上壁面１３Ｂや上壁面１３Ｂに形成した凸部などに衝突することになり衝撃が付与され、未溶解の溶解原料Ｂが崩壊し、金属溶解用スクリーン板７０が設置されている加熱室２０で迅速に溶解されやすい。
　また、本実施形態に係る溶解保持炉１では、図２、図４及び図１３に示すように、供給路１３を介して溶解室に連通する加熱室２０が、好ましい形態として、溶湯Ｍの湯面との間に空間が作られないように上部開口部を閉塞して設置された加熱室蓋２２を備えており、溶解室１１から送られた溶解原料Ｂが無酸素状態で溶解されやすくなっている。但し、本発明に係る加熱室２０は、このような溶湯Ｍの湯面との間に空間を作らない加熱室蓋２２が必ずしも備えられていなくてもよい。
　さらに本実施形態に係る溶解保持炉１では、図２、図４及び図１３に示すように、溶解室１１から次工程の加熱室２０に至る供給路１３は、その出口が、加熱室２０の下部にあるのが望ましい。このように供給路１３の出口を加熱室２０の下部とすることで、例えば、溶解室１１で完全に溶解されなかった未溶解のブリケット材のように溶湯よりも比重の軽い溶解原料Ｂが加熱室２０に供給された場合に、加熱室２０内の溶湯Ｍ中を浮き上がる過程で溶解させることができ、加熱室２０の上部に未溶解のブリケット材が溜まり酸化されるような事象が起き難くなる。なお、溶湯Ｍの湯面との間に空間が作られないように上部開口部を加熱室蓋２２により閉塞して設置しても、加熱室蓋２２と湯面との間に空気等の気体が存在する場合があり、また、ブリケット材のような油分や水分を含む溶解原料Ｂでは、水分や油分等に由来する気体が蓋下面に溜まることがあるため、溶解原料Ｂが湯面に浮くと酸化されることがある。したがって、溶湯の湯面との間に空間が作られないように上部開口部を加熱室蓋２２により閉塞している場合でも、供給路１３の出口は加熱室２０の下方位置とするのが望ましい。
　他方、本実施形態の係る溶解保持炉１では、図２、図４及び図１３に示すように、特に、加熱室２０の前記供給路１３の出口がある下部と、それよりも上方の上部とを区画するようにして、未溶解の溶解原料Ｂの浮上を防止する金属溶解用スクリーン板７０が設けられている。このように金属溶解用スクリーン板７０を設けることで、特に、未溶解のブリケット材のような溶湯Ｍに比して比重の軽い溶解原料Ｂが、加熱室２０内で浮くことが防止され、無酸素状態で確実に溶解することができるようになる。
　また、この金属溶解用スクリーン板７０は、図６～図９に示すように、溶湯Ｍ内に沈没設置可能な素材で形成され、多数の貫通孔７１を有する板状体をなしている。溶解室１１から供給路１３を介して加熱室２０内に供給された未溶解の溶解原料Ｂは、金属溶解用スクリーン板７０の底側に供給され、金属溶解用スクリーン板７０の底側でその浮上が防止されるとともに溶湯Ｍ中に保持され、金属溶解用スクリーン板７０に形成された貫通孔７１を通過可能な大きさとなるまで溶解される。金属溶解用スクリーン板７０は、これに限らず、溶湯Ｍよりも比重の軽い溶解原料Ｂの浮上を防止するものとすることができる。
　また、上記のとおり供給路１３の出口を加熱室２０の底部や深い下方位置とすることで、金属溶解用スクリーン板７０を加熱室２０の深い位置に設置しても、その金属溶解用スクリーン板７０よりも下方側に溶解室１１で完全に溶解されなかった未溶解のブリケット材のように溶湯Ｍよりも比重の軽い溶解原料Ｂを供給でき、加熱室２０の深い位置で金属溶解用スクリーン板７０の下面側で溶解原料Ｂを保持できるようになる。そして、貫通孔７１を通過した溶解原料Ｂが加熱室２０内の溶湯Ｍ中を浮き上がるまでの時間が十分に確保され、その過程で溶解させることができ、加熱室２０の上部に未溶解の溶解原料Ｂが溜まり酸化されるような事象がより起き難くなる。
　金属溶解用スクリーン板７０に形成された貫通孔７１の個数や大きさは、特に限定されないが、供給される溶解原料Ｂの大きさ、溶解速度、金属溶解用スクリーン板７０の設置深さと湯面との距離、溶解原料Ｂの性質等を考慮して適宜に定めればよい。貫通孔７１を通過可能となった大きさの溶解原料Ｂが、湯面に浮上するまでの間に、溶湯によって十分に溶解されるように設定すればよい。好ましくは、未溶解の溶解原料Ｂが、貫通孔を通過して浮上し、湯面に到達するまえに溶解されるまでの時間が、２～３分となるように設計するのが望ましい。例えばアルミスクラップ材からのブリケット材の一般的な大きさを考慮すると、貫通孔７１は直径が２０～５０ｍｍであるのが望ましい。
　また、貫通孔７１は、図６及び図７に示すように円柱形状、又は図８及び図９に示すように、上方に向かって狭窄するテーパー形状であるのが望ましい。このように構成すると貫通孔７１に未溶解の溶解原料Ｂが嵌り、加熱室２０内で移動せずに定位置に留まるようになり溶解が進みやすくなる。
　金属溶解用スクリーン板７０の素材は、溶湯Ｍ内に沈没設置可能な素材であればよいが、好ましくは、炭化ケイ素、ジルコニア系、ファインセラミックス等の耐火材である。
　金属溶解用スクリーン板７０の厚さは、特に限定されないが、上記素材であれば、２０～８０ｍｍであれば十分な強度としやすい。
　加熱室２０内における金属溶解用スクリーン板７０の設置形態としては、加熱室２０の底部に固定するようにして設置してもよいし、加熱室２０の天面から吊り下げるように設置してもよい。設置の方法は限定されない。但し、実施形態の加熱室２０のように浸漬ヒータ２１，２１を上方から室内に差し込むように配置するのであれば、浸漬ヒータ２１，２１と浮上する溶解原料Ｂとが接触しないよう、金属溶解用スクリーン板７０を浸漬ヒータ２１，２１の底よりも下方位置に配置するのが望ましい。また、金属溶解用スクリーン板７０は、加熱室２０の底から２０～３５％の高さ位置に設けるのがよい。さらに、図４に示すように、加熱室２０内に金属溶解用スクリーン板７０を複数段設けるようにしてもよい。この場合、各金属溶解用スクリーン板７０の貫通孔７１の孔径を異なるようにしてもよい。その場合、上段の金属溶解用スクリーン板７０の貫通孔７１の直径を下段の金属溶解用スクリーン板７０の貫通孔７１の直径よりも小さくするのが望ましい。
　以上、説明の本発明に係る金属溶解装置１０、さらに本発明に係る金属溶解装置１０を組み込んだ溶解保持炉１では、溶解原料Ｂとして、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材と新材とを、いずれの組み合わせで混合して又は単独で供給しても、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる。また、本発明に係る金属溶解装置１０、本発明に係る金属溶解装置１０を組み込んだ溶解保持炉１、さらに、本発明に係る金属溶解用スクリーン板及び金属溶解方法、さらにこの金属溶解用スクリーン板７０が設置された金属溶解装置１０及び溶解保持炉１では、ブリケット材のような溶湯Ｍに比して比重の軽い溶解原料Ｂを酸化させないように溶解して、酸化物の少ない清浄な溶湯Ｍを得ることができる。
　１…溶解保持炉、２，１１２…耐火材、３…外殻、
　１０…金属溶解装置、２０…加熱室、２１…浸漬ヒータ（浸漬バーナ）、２２…加熱室蓋、３０…鎮静室、４０…汲出室、５０…循環室、５１…連通路、
　１１，１０１，１０２…溶解室、１１Ａ…供給口、１３…供給路、１３Ａ…溶解室側開口、１３Ｂ…供給路上壁面、
　１４…気体噴出装置、１４Ａ…噴出口、１４Ｂ…噴出部、１４Ｃ…送気管、１４Ｄ…気体発生装置
　１６…噴流ポンプ、１７…ノズル、１８…スロート
　Ｇ…不活性なガス・気体・駆動流体、Ｂ…溶解原料、Ｍ…溶湯・被駆動流体、
　７０…金属溶解用スクリーン板、　７１…貫通孔、
　１１４…磁気攪拌装置、１１５…回転軸、１１６…攪拌翼。

Claims (23)

  1. 　溶解原料が供給される溶解室と、
    　前記溶解室内の溶湯中に気体を噴出し、前記溶解室内に溶湯の渦流を発生させる気体噴出装置と、を備える、
    　ことを特徴とする金属溶解装置。
  2. 　前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、請求項１記載の金属溶解装置。
  3. 　前記気体噴出装置は、複数の気体噴出口を有し、前記溶解室内の複数の位置から前記気体が噴出される、請求項１又は２記載の金属溶解装置。
  4. 　前記気体が前記溶解室の内壁面に沿ってかつ下方から上方に向かって螺旋方向に噴出される、
    　請求項１～３の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  5. 　前記溶解室が、循環する溶湯流路の一部にあり、循環して前記溶解室に供給される溶湯が、噴出される前記気体とともに渦流を発生させるための流体として、前記溶解室内に供給される、請求項１～４の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  6. 　前記溶解室から溶湯を次工程に供給するための供給路を備え、
    　その供給路又は前記溶解室の供給路近傍に、前記溶解室から次工程に流出する未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を、備える、
    　請求項１～５の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  7. 　前記衝撃付与手段は、前記未溶解の溶解原料が衝突するように構成された前記供給路の内壁又は前記溶解室の供給路近傍の内壁である、請求項１～６の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  8. 　前記溶解室は、溶湯を加熱する溶湯加熱手段を備える、請求項１～７の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  9. 　溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、
    　供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有し、
    　前記加熱室内に、前記供給路から移送される未溶解の溶解原料の浮上を、少なくとも所定の大きさとなるまで防止する金属溶解用スクリーン板が設けられている、
    　ことを特徴とする金属溶解装置。
  10. 　前記金属溶解用スクリーン板は、多数の貫通孔を有するものであり、それら貫通孔が、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっている、請求項９記載の金属溶解装置。
  11. 　前記供給路又は前記溶解室の供給路近傍に、前記溶解室から前記加熱室に移送される前記未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を備える、請求項９又は１０記載の金属溶解装置。
  12. 　前記衝撃付与手段は、前記未溶解の溶解原料が衝突するように構成された前記供給路の内壁又は前記溶解室の供給路近傍の内壁である、請求項９～１１の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  13. 　前記溶解室に、当該溶解室内の溶湯に渦流を発生させる渦流発生手段が、設けられている、請求項９～１２の何れか１項に記載の金属溶解装置。
  14. 　前記渦流発生手段が、溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させるものである、請求項１３記載の金属溶解装置。
  15. 　前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、請求項１４記載の金属溶解装置。
  16. 　多数の貫通孔を有する板状をなし、溶湯中に設置され、溶湯内に供給された溶湯よりも比重の軽い溶解原料を所定の大きさとなるまで湯面へ浮上しないように、保持することを特徴とする金属溶解用スクリーン板。
  17. 　溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
    　前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように設置される、
    　請求項１６記載の金属溶解用スクリーン板。
  18. 　前記貫通孔が、底面側から上面側に向かって狭窄するテーパー状となっている、請求項１６又は１７記載の金属溶解用スクリーン板。
  19. 　多数の貫通孔を有する板状をなす金属溶解用スクリーン板を、溶湯中に設置し、溶湯内における前記金属溶解用スクリーン板よりも底側に溶湯よりも比重の軽い溶解原料が供給されるようにし、
    　前記溶解原料が、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、ことを特徴とする金属溶解方法。
  20. 　溶湯中に溶解原料を供給する溶解室と、供給路を介して前記溶解室に連通し、溶湯を加熱する加熱手段を有する加熱室と、を有する金属溶解装置における前記加熱室内に、
    　前記供給路の前記加熱室側の開口と、その開口よりも上方とを区画するように、前記金属溶解用スクリーン板を設置し、前記供給路から前記加熱室に送られる前記溶解原料を、前記貫通孔を通過する大きさとなるまで溶湯内に保持して、湯面へ浮上しないようにする、
    　請求項１９記載の金属溶解方法。
  21. 　前記溶解室内の溶湯に渦流を発生させ、前記溶解室内に供給された前記溶解原料を渦流によって前記供給路に引き込んで前記加熱室に送る、請求項２０記載の金属溶解方法。
  22. 　溶湯中に気体を噴出することで、溶湯に渦流を発生させる、請求項２１記載の金属溶解方法。
  23. 　前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、請求項２２記載の金属溶解方法。
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