(57)【要約】【課題】効率性の高い循環式非鉄金属溶解炉及び非鉄金属溶解方法を提供する。【解決手段】電気ヒーターを利用した循環式の非鉄金属溶解炉を、炉体１０、循環ポンプ２０、第一電気ヒーター３０および第二電気ヒーター４０で構成する。炉体１０は、投入口１１に連通する第一昇温室１２、第一昇温室１２とで溶湯の循環路を形成する第二昇温室１３、第一昇温室１２の下流側に連通して第一昇温室１２で第一温度まで昇温された溶湯の一部を受け入れる出湯室１４を備える。循環ポンプ２０は、第一昇温室１２などに設けられ溶湯を循環させる。第一電気ヒーター３０は、第一昇温室１２に設けられ、溶湯を第一温度まで昇温する。第二電気ヒーター４０は、第二昇温室１３に設けられ、溶湯を第二温度まで昇温する。第二昇温室１３で第二温度まで昇温された溶湯を、第一昇温室１２に循環させて、その熱を、投入口１１から投入される非鉄金属材料に与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ヒーターを利用して非鉄金属材料を溶解する循環式の非鉄金属溶解炉であって、
上流側に前記非鉄金属材料の投入口と、前記投入口に連通する第一昇温室と、前記第一昇温室に中間壁を介して並設され、前記第一昇温室とで溶湯が循環する循環路を形成する第二昇温室と、前記第一昇温室と前記第二昇温室の間でかつ前記第一昇温室の下流側に連通して前記第一昇温室で所定温度まで昇温された溶湯の一部を受け入れるとともに溶湯を取り出し可能な出湯室を有する炉体と、
前記第一昇温室または前記第二昇温室あるいはその両方に設けられ、溶湯を循環させる循環ポンプと、
前記第一昇温室に設けられ、溶湯を所定の第一温度まで昇温する複数の第一電気ヒーターと、
前記第二昇温室に設けられ、前記第一昇温室で第一温度まで昇温された溶湯を、前記第一温度を超える第二温度まで昇温する複数の第二電気ヒーターを備え、
前記第二昇温室で第二温度まで昇温された溶湯を、前記第一昇温室に循環させて、その熱を、前記投入口から投入される前記非鉄金属材料に与えるようにしたことを特徴とする循環式非鉄金属溶解炉。
【請求項２】
前記第一温度を６００℃〜７５０℃とし、前記第二温度を前記第一温度より１０℃〜１００℃高くしたことを特徴とする請求項１に記載の循環式非鉄金属溶解炉。
【請求項３】
前記非鉄金属材料をアルミニウム又はアルミニウム合金としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の循環式非鉄金属溶解炉。
【請求項４】
複数の第一電気ヒーターを設けた第一昇温室と複数の第二電気ヒーターを設けた第二昇温室を、中間壁を挟んで並設して溶湯の循環路を形成し、前記第一昇温室と前記第二昇温室の間でかつ前記第一昇温室の上流側に非鉄金属材料の投入口を設けると共に下流側を溶湯を取り出し可能な出湯室に連通させてなる循環式非鉄金属溶解炉を使用して前記非鉄金属材料を溶解する方法であって、
前記投入口から前記非鉄金属材料を投入して、第一昇温室で所定の第一温度にまで昇温した溶湯とし、
前記第一温度にまで昇温した溶湯の一部を、前記出湯室で受け入れ、
前記溶湯の残りを第二昇温室で受け入れ、前記第二電気ヒーターによって前記第一温度を超える第二温度まで昇温した後、前記第一昇温室へ循環させ、
前記第一昇温室へ循環させた溶湯の熱を、前記投入口から新たに投入される前記非鉄金属材料に与えるようにしたことを特徴とする非鉄金属溶解方法。
【請求項５】
前記非鉄金属材料をアルミニウム又はアルミニウム合金としたことを特徴とする請求項４に記載の非鉄金属溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、ダイカスト鋳造などの各種鋳造製品の製造に使用する目的で循環させながら溶解する循環式非鉄金属溶解炉及び非鉄金属溶解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金等の非鉄金属の溶解には、石油などの化石燃料を用いたガスバーナからの放射火炎による溶解炉が主として採用されてきた。しかし、化石燃料を使用したガスバーナによる放射火炎は、熱効率や環境の点で問題があるため、その改善策が求められてきた。
【０００３】
その改善策として電気ヒーターを溶湯に浸漬する構造の非鉄金属溶解炉が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図３に示すように、この特許文献１に記載の非鉄金属溶解炉５０は、溶解室５１、昇温室５２および除滓室５３を含む複数の室を設け、溶解室５０に投入した非鉄金属材料を、昇温室５２に設けた電気ヒーター５６によって熔解して所定温度まで昇温し、そこから鎮静室５４を介して出湯室５５へ供給するようにしている。なお、溶湯は、除滓室５３から昇温室５２へ循環するが、この除滓室５３には電気ヒーターは設けられていない。
【０００４】
この非鉄金属溶解炉５０は、電気ヒーターを使用して非鉄金属材料を熔解および昇温するので、それまでのガスバーナを使用した溶解炉と比較して、熱効率および環境の点において優れるといった大きな利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らはこうした現状に満足することなくさらなる研究開発を進め、これまでに存在しない新規な構成によって、より効率的に非鉄金属材料を熔解および昇温することのできる循環式非鉄金属溶解炉および非鉄金属溶解方法を開発するに至った。
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、効率的に非鉄金属材料を熔解および昇温することのできる循環式非鉄金属溶解炉及び非鉄金属溶解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の循環式非鉄金属溶解炉（１）は、電気ヒーターを利用して非鉄金属材料を溶解する循環式の非鉄金属溶解炉であって、
上流側に前記非鉄金属材料の投入口（１１）と、前記投入口（１１）に連通する第一昇温室（１２）と、前記第一昇温室（１２）に中間壁（１５）を介して並設され、前記第一昇温室（１２）とで溶湯が循環する循環路を形成する第二昇温室（１３）と、前記第一昇温室（１２）と前記第二昇温室（１３）の間でかつ前記第一昇温室（１２）の下流側に連通して前記第一昇温室（１２）で所定温度まで昇温された溶湯の一部を受け入れるとともに溶湯を取り出し可能な出湯室（１４）を有する炉体（１０）と、
前記第一昇温室（１２）または前記第二昇温室（１３）あるいはその両方に設けられ、溶湯を循環させる循環ポンプ（２０）と、
前記第一昇温室（１２）に設けられ、溶湯を所定の第一温度まで昇温する複数の第一電気ヒーター（３０）と、
前記第二昇温室（１３）に設けられ、前記第一昇温室（１２）で第一温度まで昇温された溶湯を、前記第一温度を超える第二温度まで昇温する複数の第二電気ヒーター（４０）を備え、
前記第二昇温室（１３）で第二温度まで昇温された溶湯を、前記第一昇温室（１２）に循環させて、その熱を、前記投入口（１１）から投入される前記非鉄金属材料に与えるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の循環式非鉄金属溶解炉（１）は、前記第一温度を６００℃〜７５０℃とし、前記第二温度を前記第一温度より１０℃〜１００℃高くしたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の循環式非鉄金属溶解炉（１）は、前記非鉄金属材料をアルミニウム又はアルミニウム合金としたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の非鉄金属溶解方法は、複数の第一電気ヒーター（３０）を設けた第一昇温室（１２）と複数の第二電気ヒーター（４０）を設けた第二昇温室（１３）を、中間壁（１５）を挟んで並設して溶湯の循環路を形成し、前記第一昇温室（１２）と前記第二昇温室（１３）の間でかつ前記第一昇温室（１２）の上流側に非鉄金属材料の投入口（１１）を設けると共に下流側を溶湯を取り出し可能な出湯室（１４）に連通させてなる循環式非鉄金属溶解炉（１）を使用して前記非鉄金属材料を溶解する方法であって、
前記投入口（１１）から前記非鉄金属材料を投入して、第一昇温室（１２）で所定の第一温度にまで昇温した溶湯とし、
前記第一温度にまで昇温した溶湯の一部を、前記出湯室（１４）で受け入れ、
前記溶湯の残りを第二昇温室（１３）で受け入れ、前記第二電気ヒーター（４０）によって前記第一温度を超える第二温度まで昇温した後、前記第一昇温室（１２）へ循環させ、
前記第一昇温室（１２）へ循環させた溶湯の熱を、前記投入口（１１）から新たに投入される前記非鉄金属材料に与えるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の非鉄金属溶解方法は、前記非鉄金属材料をアルミニウム又はアルミニウム合金としたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の循環式非鉄金属溶解炉によれば、第一昇温室と第二昇温室とで形成した循環路に、循環ポンプによって溶湯を循環させ、第一昇温室で第一電気ヒーターによって所定温度（第一温度）まで昇温した溶湯の一部を出湯室で受け入れるようにし、かつ、第一昇温室からの溶湯を、第二昇温室で第二電気ヒーターによって所定温度を越える温度（第二温度）に昇温した後、第一昇温室に循環させるので、投入口から第一昇温室に投入した非鉄金属材料を効果的に溶解および昇温することができる。
【００１５】
すなわち、第二温度に昇温された溶湯（第一温度よりも高い温度を持つ）を、第一昇温室に投入された非鉄金属材料を溶解し第一温度まで昇温するために利用するので、この非鉄金属材料を短時間で効率的に溶解すると共に、所定温度の溶湯にまで昇温することができる。
【００１６】
また、本発明の循環式非鉄金属溶解炉によれば、第一温度を６００℃〜７５０℃とし、前記第二温度を前記第一温度より１０℃〜１００℃高くしたので、第一昇温室に投入された非鉄金属材料を、より効率的に溶解および昇温することができる。
【００１７】
また、本発明の循環式非鉄金属溶解炉によれば、非鉄金属材料をアルミニウム又はアルミニウム合金としたので、アルミニウムを使用した各種鋳造製品を良好に製造することができる。
【００１８】
本発明の非鉄金属溶解方法は、第一昇温室で第一温度にまで昇温した溶湯の一部を出湯室で受け入れると共に、溶湯の残りを第二昇温室で受け入れて第一温度を超える第二温度まで昇温した後、第一昇温室へ循環させ、その熱を第一昇温室に新たに投入される非鉄金属材料に与えるので、非鉄金属をより短時間で効率的に熔解および昇温することができる。
【００１９】
また、本発明の非鉄金属溶解方法は、非鉄金属材料をアルミニウム又はアルミニウム合金としたので、アルミニウム製の各種鋳造製品を良好に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による循環式非鉄金属溶解炉の実施形態を示す概略平面図である。
【図２】図１に示す循環式非鉄金属溶解炉における溶湯の流れおよび温度変化を示すグラフである。
【図３】従来例による循環式非鉄金属溶解炉を示す概略平面図である。
【図４】従来例による循環式非鉄金属溶解炉における溶湯の流れおよび温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る循環式非鉄金属溶解炉１を説明する。
【００２２】
本実施形態に係る循環式非鉄金属溶解炉１は、溶湯を循環させながら、電気式のヒーターを、その上端部を除く部分を溶湯内に浸漬し、その熱を利用して非鉄金属材料を溶解および昇温するものであり、炉体１０、循環ポンプ２０、第一電気ヒーター３０および第二電気ヒーター４０を備える。
【００２３】
炉体１０は炉壁１０ａによって外殻が形成される平面略矩形状であり、非鉄金属材料の投入口１１、第一昇温室１２、第二昇温室１３および出湯室１４を備える。なお、炉体１０の平面形状は矩形状に限定されない。
【００２４】
投入口１１は、循環路（後述）の上流側に設けられる。第一昇温室１２は、投入口１１に連通して設けられ、投入口１１から投入された非鉄金属材料を受け入れる。
第二昇温室１３は、第一昇温室１２に中間壁１５を介して並設され、第一昇温室１２とで溶湯が循環する循環路を形成する。
中間壁１５は、その両端部と対向する炉壁１０ａとの間のそれぞれに間隙路１６（第一間隙路１６ａおよび第二間隙路１６ｂ）を形成する。
従って、循環路は、上流側（投入口１１）から、第一昇温室１２、第二昇温室１３、第一間隙路１６ａおよび第二間隙路１６ｂの順によって形成される。
【００２５】
出湯室１４は、第一昇温室１２と前記第二昇温室１３との間に設けられ、かつ、第一昇温室１２の下流側に連通し、第一昇温室１２で所定温度（第一温度）まで昇温された溶湯の一部を受け入れる。第一昇温室１２と出湯室１４との間には隔壁１７を設け、この隔壁１７に連通路１７ａを形成し、第一昇温室１２を第二昇温室１３に連通させている。この出湯室１４は、受け入れた溶湯を外部へ取り出すための機構（図示せず）を備える。
【００２６】
循環ポンプ２０は、第二昇温室１３の下流側に設けられ、溶湯を循環路に沿って循環させる。なお、循環ポンプ２０の設置箇所および数は限定されない。従って、第一昇温室１２に設けることができ、また、第一昇温室１２と第二昇温室１３の双方に設けることもできる。
【００２７】
第一電気ヒーター３０は、第一昇温室１２に設けられ、溶湯を所定の第一温度まで昇温する。本実施形態における第一電気ヒーター３０は合計１０個設けられているが、この数は限定されない。
第二電気ヒーター４０は、第二昇温室１３に設けられ、第一昇温室１２で第一温度まで昇温された溶湯を、第一温度を超える第二温度まで昇温する。本実施形態における第二電気ヒーター４０も合計１０個設けられているが、この数も限定されない。
【００２８】
なお、本実施形態における非鉄金属はアルミニウム合金である。また、第一温度は、アルミニウム合金の溶湯を、鋳物製品を鋳造するに適した７００℃〜７２０℃に設定している。また、第二温度は８００℃に設定し、第一温度より約１００℃高い溶湯の熱を利用して、投入口１１から投入される非鉄金属を短時間で効率的に溶解および昇温するように設定している。
なお、第一温度および第二温度は、溶解および昇温する非鉄金属の種類などによって変えることができる。
【００２９】
本実施形態による循環式非鉄金属溶解炉１の作用を、本実施形態による非鉄金属溶解方法として、図１および図２を参照して説明する。図１は前述した如く本実施形態に係る循環式非鉄金属溶解炉１の概略平面図であり、図２は、循環式非鉄金属溶解炉１における溶湯の流れと温度変化を示すグラフである。
【００３０】
まず、非鉄金属材料（固形物）を、投入口１１を通して第一昇温室１２の上流側（上流側領域Ａ）へ投入する（上流側領域Ａの溶湯の温度を図２のＡで示す）。
上流側領域Ａへ投入された非鉄金属材料は、第一昇温室１２を循環路に沿って流れると共に、第一電気ヒーター３０の熱と、後述する第二昇温室１３から循環される第二温度を持つ溶湯の熱によって熔解され、第一昇温室１２の下流側（下流側領域Ｂ）に達するまでに第一温度に昇温される（下流側領域Ｂの溶湯の温度を図２のＢで示す）。
【００３１】
ここで、第二昇温室１３から第一昇温室１２へ循環される溶湯は、第一温度よりも最大で約１００℃高い第二温度を持つので、上流側領域Ａへ投入された非鉄金属材料はその熱も受ける。従って、第一電気ヒーター３０のみで熔解および昇温する場合と比較して、より短時間でより効率的に熔解して第一温度まで昇温させることができる。
【００３２】
第一昇温室１２で第一温度まで昇温された溶湯は、その一部が、隔壁１７に形成された連通路１７ａを通って出湯室１４へ送られた後、鋳造製品の製造材料として使用される。なお、第一昇温室１２から出湯室１４へは、隔壁１７に形成した例えばトンネル状あるいは凹状の連通路１７ａを介して送ることができる。
【００３３】
出湯室１４へ送られなかった残りの溶湯は第二昇温室１３へ循環され、そこで第二電気ヒーター４０によって加熱されて、第二昇温室１３の下流側領域Ｃに達するまでに第二温度に昇温される（下流側領域Ｃの溶湯の温度を図２のＣで示す）。
第二温度まで昇温された溶湯は、前述したように、第一昇温室１２へ循環し、投入口１１から投入された非鉄金属材料を熔解および昇温するために利用される。こうした工程を連続的に繰り返すことによって、新たに投入される非鉄金属材料を短時間で効率的に熔解および昇温することができる。
【００３４】
ちなみに、図３に示した従来技術の循環式非鉄金属溶解炉５０では、溶湯が、除滓室５３から昇温室５２の上流側領域Ａ’へ送られる構成であるが（上流側領域Ａ’の溶湯の温度を図４のＡ’で示す）、この除滓室５３には電気ヒーターが設けられていない。
従って、溶湯は昇温室５２に設けた電気ヒーター５６の熱のみによって、昇温室５２の下流側領域Ｂ’に達するまでに所定温度（例えば、７００℃〜７２０℃）に昇温され（下流側領域Ｂ’の溶湯の温度を図４のＢ’で示す）、その後、鎮静室５４，出湯室５５へ送られる構成である。
【００３５】
この点、上記本発明の実施形態に係る循環式非鉄金属溶解炉１および非鉄金属溶解方法は、第二昇温室１３において、第二電気ヒーター４０を使用して、出湯室１４に送る第一温度よりも高い第二温度にまで昇温させた溶湯を、第一昇温室１２に循環させるので、極めて短時間で効率的な熔解および昇温を行うことができる。
【００３６】
また、第一昇温室１２と第二昇温室１３の双方で溶湯を昇温させるので、循環する溶湯のみでなく、炉体１０（炉壁１０ａ）の全体を昇温に適した高温に維持することができ、これによっても、より短時間で効率的な昇温を行うことができる。
また、これに伴い、第一電気ヒーター３０および第二電気ヒーター４０の負荷を軽減することができる。
【００３７】
上記本発明の実施形態では、アルミニウム合金を溶解および昇温の対象としているが、アルミニウムでもあるいは他の非鉄合金を対象とすることができる。また、第一温度および第二温度は、対象となる非鉄金属などによって適宜変えることができる。
【００３８】
また本発明の実施形態では、第一温度を７００℃〜７２０℃に設定し、第二温度を８００℃に設定した例を示したが、第一温度を６００℃〜７５０℃とし、第二温度を第一温度より１０℃〜１００℃高くするものであればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１        循環式非鉄金属溶解炉
１０      炉体
１０ａ    炉壁
１１      投入口
１２      第一昇温室
１３      第二昇温室
１４      出湯室
１５      中間壁
１６      間隙路
１６ａ    第一間隙路
１６ｂ    第二間隙路
１７      隔壁
１７ａ    連通路
２０      循環ポンプ
３０      第一電気ヒーター
４０      第二電気ヒーター
５０      循環式非鉄金属溶解炉
５１      溶解室
５２      昇温室
５３      除滓室
５４      鎮静室
５５      出湯室
５６      電気ヒーター
Ａ        第一昇温室の上流側領域
Ｂ        第一昇温室の下流側領域
Ｃ        第二昇温室の下流側領域
Ａ’      昇温室の上流側領域
Ｂ’      昇温室の下流側領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020173058.tif 000005
【図４】
2020173058.tif 000006