(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉において、フィルタに堆積・付着した介在物によって低下した濾過機能を回復させる方法及びこれを実現する機構について提案する。【解決手段】鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯を保持する溶湯保持炉において、介在物Ｋの濾過処理のために設けられたフィルタ２０の下部に、気泡供給ブロック２１を設けて溶湯Ｍ中に気泡Ｂを供給し、フィルタ２０に堆積・付着した介在物Ｋに気泡を衝突させ、気泡Ｂの上昇に伴って介在物Ｋを浮上させ、フィルタ２０表面より除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉において、
介在物濾過処理のために設けられたフィルタに堆積・付着した介在物に、
溶湯中に供給した気泡を衝突させて介在物を分離若しくは破砕し、
気泡の上昇に伴って介在物を浮上させる
ことを特徴とする濾過機能回復方法。
【請求項２】
鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉に、
介在物濾過処理のために備えられたフィルタの濾過機能回復機構であって、
前記フィルタの下部に、溶湯内に気泡を供給する気泡供給体を設ける
ことを特徴とする濾過機能回復機構。
【請求項３】
鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉に、
介在物濾過処理のために備えられたフィルタの濾過機能回復機構であって、
溶湯内へ気泡を供給する気泡供給体を設け、
前記フィルタの表面に気泡を衝突させる
ことを特徴とする濾過機能回復機構。
【請求項４】
前記気泡供給体を、気体供給手段に接続された耐火性多孔体とし、
気体供給手段から供給された気体を、耐火性多孔体を通じて溶湯内に供給する、
請求項２又は請求項３に記載の濾過機能回復機構。
【請求項５】
前記気泡が、不活性ガスから成る、
請求項２〜請求項４のいずれかに記載の濾過機能回復機構。
【請求項６】
鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉に、
介在物濾過処理のために備えられたフィルタの濾過機能回復機構であって、
フィルタの周囲の溶湯を攪拌して上昇流を形成する攪拌手段を設ける
ことを特徴とする濾過機能回復機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物等の材料を溶融し溶湯として保持する溶解保持炉や、溶湯を保持する溶湯保持炉に備えられた、介在物を除去し溶湯を浄化するためのフィルタの濾過機能が低下した際に、これを回復させるための方法と、これを実現する機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ダイカスト鋳造において、鋳造品の質を向上させるために、材料であるアルミニウム合金等の金属溶湯に対しても、高い品質が要求されるようになっている。
金属溶湯の品質を確保するための処理として、耐火物粒子により形成されるセラミック焼結フィルタにて、溶湯を濾過し、溶湯中の酸化物等の介在物を除去する処理（脱介在物処理）がある。また、溶湯の攪拌や、溶湯中への気泡バブリングにて、溶湯中の水素ガスを除去する処理（脱ガス処理）がある。
これらの処理をするための技術が、例えば、以下の特許文献１や特許文献２において、公開されている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、溶解保持炉に、金属を溶融するとともに溶湯を保持する第一保持室と、溶湯を汲み出すための汲み出し口を備えた第二保持室とを形成し、第一保持室と第二保持室との間に溶湯を浄化するフィルタを設けるとともに、第一保持室に溶湯の攪拌及び浄化用ガスのバブリングを行う介在物浮上分離装置を備えている。さらに、介在物浮上分離装置からフィルタへの直接的な溶湯の流れを抑制するために、フィルタの手前に隔壁が設けられている。
【０００４】
また、特許文献２に記載の技術では、溶解用坩堝の下方に保持用坩堝を配置し、保持用坩堝内を隔壁で仕切り、上から下に溶湯が流れる溶湯流路と、溶湯汲み出し部とを保持用坩堝内に形成している。そして、前記溶湯流路において、溶湯を濾過するフィルタを設けるとともに、下方より気泡を供給して、気泡を溶湯の流れに逆らって上昇させている。これにより、微細化した処理ガスを溶湯中に短時間で均一に分散させ、溶湯中の水素ガスを分散させるとともに溶湯介在物を浮上分離させて除去することができるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−２８１６４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術においては、濾過前の溶湯を介在物除去装置にて処理することから、装置にかかる負荷が大きくなるため、装置の寿命が短くなったり、装置の頻繁なメンテナンスが必要になったりという、不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
また、炉に上記のような介在物除去装置を備えない場合は、図６に示す如く、フィルタ２０の表面に酸化物等の介在物Ｋが堆積・付着してしまう。この介在物により、フィルタの濾過機能が早期に低下し、また、フィルタの溶湯通過速度が低下して金型への溶湯供給速度を維持することが困難であるという不具合がある。このため、フィルタは頻繁に交換する必要があり、メンテナンスに手間がかかり、また、コストもかかっている。
【０００７】
そして、上記特許文献２に記載の技術では、脱ガス処理された溶湯がフィルタを通過するが、フィルタ表面に付着する酸化物等を取り除くことはできず、この酸化物等によって早期にフィルタの濾過機能が低下してしまうという課題を解決するには至らない。
【０００８】
そこで、本発明では、上記従来技術及び課題に鑑み、鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯を保持する溶湯保持炉において、フィルタに堆積・付着した介在物によって低下した濾過機能を回復させる方法及びこれを実現する機構について提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉において、介在物濾過処理のために設けられたフィルタに堆積・付着した介在物に、溶湯中に供給した気泡を衝突させて介在物を分離若しくは破砕し、気泡の上昇に伴って介在物を浮上させる濾過機能回復方法である。
【００１１】
請求項２においては、鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉に、介在物濾過処理のために備えられたフィルタの濾過機能回復機構であって、前記フィルタの下部に、溶湯内に気泡を供給する気泡供給体を設けるものである。
【００１２】
請求項３においては、鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉に、介在物濾過処理のために備えられたフィルタの濾過機能回復機構であって、溶湯内へ気泡を供給する気泡供給体を設け、前記フィルタの表面に気泡を衝突させるものである。
【００１３】
請求項４においては、前記気泡供給体を、気体供給手段に接続された耐火性多孔体とし、気体供給手段から供給された気体を、耐火性多孔体を通じて溶湯内に供給するものである。
【００１４】
請求項５においては、前記気泡が、不活性ガスから成るものである。
【００１５】
請求項６においては、鋳物材料を溶解するとともに溶湯として保持する溶解保持炉や溶湯保持炉に、介在物濾過処理のために備えられたフィルタの濾過機能回復機構であって、フィルタの周囲の溶湯を攪拌して上昇流を形成する攪拌手段を設けるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１においては、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物が、分離若しくは破砕され、上昇する気泡に伴って分離若しくは破砕された介在物が溶湯中を浮上して、除かれるので、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物によって低下したフィルタの濾過機能を回復させることができる。
【００１８】
請求項２においては、フィルタの下部に設けられた気泡供給体より溶湯内に供給される気泡が、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物に衝突したのち、溶湯中を上昇する。これにより、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物が、分離若しくは破砕され、上昇する気泡に伴って分離若しくは破砕された介在物が溶湯中を浮上して、除かれるので、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物によって低下したフィルタの濾過機能を回復させることができる。
【００１９】
請求項３においては、気泡供給体より発された気泡が、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物に衝突したのち、溶湯中を上昇する。これにより、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物が、分離若しくは破砕され、上昇する気泡に伴って分離若しくは破砕された介在物が溶湯中を浮上して、除かれるので、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物によって低下したフィルタの濾過機能を回復させることができる。
【００２０】
請求項４においては、気泡供給体より発される気泡を微細気泡とすることができる。
【００２１】
請求項５においては、気泡供給体より発される気泡によって、脱介在物処理と、脱ガス処理とを行うことができる。
【００２２】
請求項６においては、攪拌手段による溶湯の攪拌によりフィルタの表面に堆積又は付着した介在物に衝突されたのち、攪拌により形成された上昇流に乗って分離若しくは破砕された介在物溶湯中を浮上して、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物が除かれるので、フィルタの表面に堆積又は付着した介在物によって低下したフィルタの濾過機能を回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る溶解保持炉の全体的な構成を示した図、図２は濾過機能回復機構を説明するフィルタ近傍の拡大図、図３は濾過機能回復機構の別形態を示す図、図４は濾過機能回復機構の別形態を示す図である。図５は濾過機能回復機構有無の対比実験結果を示す図である。
図６は濾過機能の低下したフィルタの様子を示す図である。
【００２４】
まず、本発明に係る耐火性多孔体フィルタ（以下フィルタ）の濾過機能低下抑制方法を採用する溶解保持炉の構造について説明する。但し、本実施例においては、溶湯を溶解・保持する溶解保持炉としているが、この代わりに、溶解された状態に溶湯を保持する溶湯保持炉とすることもできる。
図１に示す如く、溶解保持炉１０には複数の連通された室が設けられており、これらの室は図示せぬ加熱手段により加熱され、該溶解保持炉１０にて溶解・保持される金属が液体状態を保持するために十分な温度が保持されている。
【００２５】
初めの室は、溶解室１１であり、該溶解室１１に溶解材料が投入され、これが溶解され、溶湯Ｍとなる。溶解室１１には、溶解材料が速やかに溶解されるように、攪拌手段等を備えることもできる。
【００２６】
溶解室１１には、接続管１２を介して第一保持室１３が接続される。
そして、溶解室１１と接続管１２との間には、一次フィルタ２０ａが設けられる。一次フィルタ２０ａは、溶湯Ｍ中の酸化膜等の介在物Ｋを除去し、溶湯Ｍを清浄化するための濾過手段である。
【００２７】
前記第一保持室１３には、攪拌手段や、気泡供給手段等が備えられ、溶湯Ｍ内の水素ガスを除去する脱ガス処理が行われ、溶湯Ｍが清浄化される。そして、該第一保持室１３には、接続管１４を介して、第二保持室１５が接続される。
さらに、第二保持室１５には、接続管１６を介して、供給室１７が接続される。供給室１７に保持される溶湯Ｍが、汲み上げられて図示せぬ鋳造装置の金型キャビティへ供給される。
【００２８】
前記第二保持室１５と接続管１６との間には、二次フィルタ２０ｂが設けられる。二次フィルタ２０ｂは、溶湯Ｍ中の介在物Ｋを取り除き、溶湯Ｍを清浄化するための濾過手段である。
【００２９】
上述の如く構成される溶解保持炉１０において、溶解室１１にて溶解材料が溶解されて溶湯Ｍとなり、溶解室１１から供給室１７まで、図１において矢印で示す方向に溶湯Ｍが流動供給されるうちに、脱ガス処理及び脱介在物処理が施され、溶湯Ｍが清浄化される。
【００３０】
本発明に係る濾過機能回復機構は、上記溶解保持炉１０に備えられる一次フィルタ２０ａ、二次フィルタ２０ｂにそれぞれ設けられる。
これらのフィルタ２０（２０ａ・２０ｂ）は、溶湯Ｍを濾過するための手段であるが、図６に示す如く、濾過を続けるうちにフィルタ２０の表面に介在物Ｋが堆積（又は付着）して、フィルタ２０の濾過機能が低下するという不具合がある。フィルタ２０の濾過機能が低下する、つまり、フィルタ２０が詰まった状態となると、フィルタ２０を通過する溶湯Ｍの流量が減少し、供給室１７から鋳造装置へ溶湯Ｍを安定して供給することができなくなる虞がある。
上述の如く、フィルタ２０の表面に堆積した介在物Ｋ等は、内部に至って閉塞しているわけではなく、フィルタ２０表面に堆積していることがわかっている。
そこで、本発明の濾過機能回復機構では、フィルタ２０表面に気泡を供給することによって、フィルタ２０表面に堆積している介在物Ｋを分離若しくは破砕したのち、これを浮上・除去して、フィルタ２０の濾過機能を回復させ、フィルタ２０の寿命の延長を図っている。
【００３１】
図２では、濾過機能回復機構を示している。本実施例の溶解保持炉１０では、一次フィルタ２０ａと二次フィルタ２０ｂとの二カ所にフィルタが設けられているが、濾過機能回復機構は略同様の構成であるので、一次フィルタ２０ａを例に挙げて、濾過機能回復機構を説明する。
【００３２】
フィルタ２０の下部には、処理ガスの気泡Ｂを供給する気泡供給ブロック２１が設けられる。気泡供給ブロック２１は、例えば、多孔質セラミックス等の耐火性多孔体であり、溶湯Ｍの高温（例えば、溶湯Ｍがアルミニウム合金である場合、６５０度程度）に耐えることができる。
【００３３】
そして、気泡供給ブロック２１には、ガス供給手段２２が接続され、該ガス供給手段２２から気泡供給ブロック２１を通じて処理ガスが溶湯Ｍ内に供給される。気泡供給ブロック２１を通じることによって、処理ガスは微細な気泡Ｂとなって、溶湯Ｍ内に供給されることになる。
なお、ガス供給手段２２より気泡供給ブロック２１へ供給される処理ガスとしては、アルゴン、窒素ガス等の不活性ガスを採用することができる。
【００３４】
さらに、前記ガス供給手段２２は、制御手段２３に制御される。
本実施例では、ガス供給手段２２と気泡供給ブロック２１との間に設けられたバルブが、制御手段２３に電気的に接続されており、制御手段２３にてバルブの開閉が操作され、ガス供給手段２２から気泡供給ブロック２１への処理ガスの供給が制御される。
【００３５】
気泡Ｂの供給は断続的に行うこともできるが、気泡Ｂにより形成される溶湯Ｍの流れにより、フィルタ２０での溶湯Ｍの濾過速度が低減されることが予想されるので、所定の間隔をおいてフィルタ２０への気泡Ｂの供給を行うように、ガス供給手段２２から気泡供給ブロック２１への処理ガスの供給が、制御手段２３にて制御される。
なお、所定の間隔とは、例えば、フィルタ２０にて濾過を開始してから経過した時間に基づいて決定したり、フィルタ２０にて濾過した溶湯Ｍの量に基づいて決定したりすることができる。
【００３６】
上述の構成の濾過機能回復機構において、フィルタ２０の下部に設けられた気泡供給ブロック２１より溶湯Ｍ内に供給される気泡Ｂが、フィルタ２０の表面に堆積又は付着した介在物Ｋに衝突したのち、溶湯Ｍ中を上昇する。これにより、介在物Ｋが分離若しくは破砕され、さらに、上昇する気泡Ｂに伴って分離若しくは破砕された介在物Ｋが溶湯Ｍ中を浮上する。このようにして、フィルタ２０の表面に堆積又は付着した介在物Ｋが除かれ、フィルタ２０の濾過機能が回復する。
【００３７】
濾過機能回復機構にてフィルタ２０の表面に堆積又は付着した介在物Ｋを除去する作業を繰り返すことによって、フィルタ２０の濾過機能を維持し、溶湯Ｍのフィルタ通過速度を維持することができるので、フィルタ交換サイクルの長期化を実現することができる。また、フィルタ交換サイクルの長期化により、操業効率の向上を図ることができる。
【００３８】
また、処理ガスの気泡Ｂと溶湯Ｍとが混ざり合うことによって、溶湯Ｍ中の水素ガスが拡散して除去され、介在物Ｋを浮上分離させることができる。
このように、フィルタ２０に衝突させるように溶湯Ｍ中に供給される気泡Ｂにより、フィルタ２０に堆積した介在物Ｋの除去及び浮上分離と、溶湯Ｍ中の水素ガスの除去との、効果を得ることができる。
【００３９】
なお、濾過機能回復機構として、気泡供給ブロック２１をフィルタ２０の下部に配置する代わりに、図３に示す如く、気泡供給ノズル２５を、該気泡供給ノズル２５から発される気泡Ｂがフィルタ２０の表面に衝突する状態となるように、フィルタ２０の周囲に設けることもできる。気泡供給ノズル２５は、ポーラスプラグ等の耐火性多孔体で構成され、気泡供給ノズル２５を通じて溶湯Ｍに供給される処理ガスは、微細気泡となる。
【００４０】
気泡供給ノズル２５にはガス供給手段２２が接続され、ガス供給手段２２から気泡供給ノズル２５を通じて、処理ガスが気泡Ｂとなって溶湯Ｍに供給される。ガス供給手段２２から気泡供給ノズル２５への処理ガスの供給は、制御手段２３にて制御される。
上述の構成において、気泡供給ノズル２５を通じて溶湯Ｍに供給された気泡Ｂが、フィルタ２０の表面に堆積又は付着した介在物Ｋに衝突したのち、溶湯Ｍ中を上昇することによって、介在物Ｋが分離若しくは破砕され、浮上除去される。
【００４１】
また、図４に示す如く、濾過機能回復機構として、フィルタ２０の周囲の溶湯Ｍを攪拌して上昇流を形成する攪拌手段２６を設けることもできる。攪拌手段２６はモータ２７にて駆動され、モータ２７は制御手段２３にて制御される。モータ２７は、所定間隔をおいて駆動するように制御手段２３にて制御される。
上述の構成において、攪拌手段２６にて、フィルタ２０の表面近傍の溶湯Ｍが攪拌されることによって、フィルタ２０の表面に堆積又は付着した介在物Ｋが分離若しくは破砕される。そして、攪拌手段２６にて溶湯Ｍが攪拌されることによって形成される上昇流に乗って、分離若しくは破砕された介在物Ｋが浮上除去される。
【００４２】
次に、上記濾過機能回復機構を備えた溶解保持炉と、濾過機能回復機構を備えない溶解保持炉とを、対比実験して得られた結果の一例を説明する。
【００４３】
実験条件は以下の通りである。
溶解保持炉１０は、保持容量４トンのアルミニウム合金ダイカスト用溶解保持炉である。アルミニウム合金の溶湯Ｍは、図１中、矢印で示される方向に流動供給され、必要供給速度は１０ｋｇ／分以上である。
溶湯Ｍは材質形状の異なる二種類のフィルタで濾過する。一次フィルタ２０ａは、ＳｉＣ焼結フィルタであり、平均空孔径６００μｍ、空隙率４０％である。二次フィルタ２０ｂは、アルミナ質焼結フィルタであり、平均空孔径６００μｍ、空隙率４０％である。
【００４４】
濾過機能回復機構を備えた溶解保持炉では、一次フィルタ２０ａと二次フィルタ２０ｂの各フィルタ２０ａ・２０ｂの下部に、処理ガスを供給する気泡供給ブロック２１を配置する。気泡供給ブロック２１は、ＳｉＣ質、平均空孔径３００μｍ、空隙率３０％である。気泡供給ブロック２１より供給される処理ガスは、窒素ガスである。そして、フィルタ２０ａ・２０ｂを溶湯Ｍが３０トン濾過するごとに、気泡供給ブロック２１を通じて処理ガスを４５０Ｌ供給する。
また、濾過機能回復機構を備えない溶解保持炉では、上記処理ガスの供給を行わず、それ以外は濾過機能回復機構を備えた溶解保持炉と同条件である。
【００４５】
上記条件にて実験し、得られた結果が図５に示す図表に示されている。この図表では、縦軸にフィルタを通過する溶湯Ｍの流量、横軸に経過日数がとられ、フィルタの濾過性能の時間変化が示されている。
濾過機能回復機構を備えた溶解保持炉では、１月以上の長期にわたり、溶湯通過速度が維持されており、フィルタの濾過性能が維持されていることがわかる。一方、濾過機能回復機構を備えない溶解保持炉では、１月程度で溶湯通過速度が飽和するまで減少しており、フィルタの濾過性能が低下していることがわかる。
以上より、濾過機能回復機構を備えることにより、従来と比較してより長期にわたって溶湯Ｍのフィルタ通過速度を維持することができることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例に係る溶解保持炉の全体的な構成を示した図。
【図２】濾過機能回復機構を説明するフィルタ近傍の拡大図。
【図３】濾過機能回復機構の別形態を示す図。
【図４】濾過機能回復機構の別形態を示す図。
【図５】濾過機能回復機構有無の対比実験結果を示す図。
【図６】濾過機能の低下したフィルタの様子を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０  溶解保持炉
２０  フィルタ
２０ａ  一次フィルタ
２０ｂ  二次フィルタ
２１  気泡供給ブロック
２２  ガス供給手段
２３  制御手段
２５  気泡供給ノズル
２６  攪拌手段
２７  モータ
【図１】
2006122935.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006122935.tif 000007
【図６】
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