(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ溶解原料を溶解する溶解室と、
前記溶解室と第１連通部を介して連通して溶解したアルミ溶湯を加熱及び保持する保持室と、
前記保持室と第２連通部を介して連通してアルミ溶湯に不活性ガスを吹き込んで脱ガス処理を行なう脱ガス室と、
前記脱ガス室と第３連通部を介して連通してアルミ溶湯を清浄化するろ過室と、が一体的に接続されており、
前記ろ過室には、第３連通部のろ過室側に第３連通部から流入するアルミ溶湯を清浄化するセラミックフィルタが立設されており、
前記ろ過室の底部の位置は、
脱ガス室の底部の位置よりも上方に位置するように段差が設けられており、
第３連通部の底部には、脱ガス室の底部からろ過室の底部に向かって上昇するように傾斜床部が形成されていることを特徴とするアルミ溶解炉の炉体構造。
【請求項２】
前記傾斜床部の傾斜角度αが、４５〜７５度であることを特徴とする請求項１に記載のアルミ溶解炉の炉体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金製の部材を機械加工する際に発生するアルミ屑をアルミ溶解原料として溶解するアルミ溶解炉の炉体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムやアルミニウム合金などの非鉄金属材料の切削屑、ダライ粉を溶解炉で溶解してインゴットに再生利用する技術として、例えば、特許文献１（特開平６−２０７２３０号公報）には、溶湯を循環しながら投入されたアルミ切粉を溶解炉で溶解するのに際して、アルミ切粉投入口に循環する溶湯の渦室を設け、該渦室の出口に溶解炉の底に向かって溶湯を流出する導入樋を設けることによって、アルミ切粉と循環溶湯とを短時間に混合して溶融するようにしたアルミ切粉溶解装置が開示されている。
さらに、金属スクラップを再生する際に混入した介在物を除去する溶解装置として、特許文献２（特開平６−３４６１６２号公報）には、スクラップ溶解室の下流に複数個の濾過室を持つように区画壁を配し、その底部や側壁部に不活性ガス噴出手段を設けた金属スクラップの溶解装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２０７２３０号公報
【特許文献１】特開平６−３４６１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したアルミ溶解装置では、外部から供給される切削屑が溶解室や保持室で溶解処理される際に、回転羽根や底吹きガスにより激しく攪拌されるアルミ溶湯の渦流れによってセラミックろ過材などの内張り材の局部的な消耗が大きなる。このため、炉体のメンテナンス頻度が増大したり、溶湯のスムーズな流れや供給バランスが乱されアルミ溶湯の均一化や浄化処理が妨げられたりすることがあり、アルミ溶解処理の効率性と溶湯浄化の確実性に欠けるという課題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたもので、アルミ溶湯による炉体ライニングの局部的損耗を抑制して、アルミ溶解処理の効率性と溶湯浄化の確実性とに優れたアルミ溶解炉の炉体構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明のアルミ溶解炉の炉体構造は、
アルミ溶解原料を溶解する溶解室と、
前記溶解室と第１連通部を介して連通して溶解したアルミ溶湯を加熱及び保持する保持室と、
前記保持室と第２連通部を介して連通してアルミ溶湯に不活性ガスを吹き込んで脱ガス処理を行なう脱ガス室と、
前記脱ガス室と第３連通部を介して連通してアルミ溶湯を清浄化するろ過室と、が一体的に接続されており、
前記ろ過室には、第３連通部のろ過室側に第３連通部から流入するアルミ溶湯を清浄化するセラミックフィルタが立設されており、
前記ろ過室の底部の位置は、
脱ガス室の底部の位置よりも上方に位置するように段差が設けられており、
第３連通部の底部には、脱ガス室の底部からろ過室の底部に向かって上昇するように傾斜床部が形成されていることを特徴とする。
（２）本発明のアルミ溶解炉の炉体構造は、前記（１）において、前記傾斜床部は、その傾斜角度αが、４５〜７５度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、セラミックフィルタを介して隣接する脱ガス室とろ過室の各底床面間に段差を形成させる傾斜床部を設けるとともにその傾斜床部上方にアルミ溶湯の湯面を分割してその下端と傾斜床部との間に開口部を形成する上部堰を設けるので、脱ガス室に配置された溶湯撹拌用の回転子によるアルミ溶湯の渦流がセラミックフィルタに直接当たることがなく、局部通過およびセラミックフィルタの消耗を効果的に防ぐことができる。こうしてアルミ切削屑を溶解処理するに際してアルミ溶解処理の効率性と溶湯浄化の確実性とに優れたアルミ溶解炉の炉体構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態のアルミ溶解炉の炉体構造を含むアルミ溶解システムの平面配置図である。
【図２】実施形態のアルミ溶解炉の炉体構造の平面説明図である。
【図３】実施形態のアルミ溶解炉の炉体構造の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態のアルミ溶解炉の炉体構造２０を含むアルミ溶解システム１０は、図１の平面配置図に示すように、切削加工機械から発生するアルミ切削屑などのアルミ屑を受け入れる原料ホッパ１１と、原料ホッパ１１からスクリューコンベアなどのアルミ屑供給フィーダ１２を介して投入されるアルミ屑を、回転ドラム、冷風ファンなどを有して脱水処理する予備処理部１３と、予備処理部１３で脱水されたアルミ溶解原料が上部から供給され溶解してアルミ溶湯とする溶解室２１と、溶解室２１と第１連通部２２ａを介して連通して溶解したアルミ溶湯をガスバーナなどの加熱装置により加熱及び保持する保持室２２と、保持室２２と第２連通部２２ｂを介して連通してアルミ溶湯に不活性ガスを吹き込んで回転子２３ａにより撹拌して脱ガス処理を行なう脱ガス室２３と、脱ガス処理された脱ガス室２３内のアルミ溶湯を、第３連通部２４ｂを介して連通してセラミックフィルタ２５を通してろ過して清浄化する溶湯レベルセンサ２３ｂを備えたろ過室２４と、溶湯レベルセンサ２３ｂによって取得される脱ガス室２３内の溶湯レベル情報に基づいてアルミ屑供給フィーダ１２のアルミ屑の供給量を制御する供給制御装置と、を有するように構成される。
これによって、アルミ溶解炉の炉体構造２０におけるアルミ溶湯の流れを適正かつ確実に制御することができ、アルミ溶湯の浄化処理を効率的に行なうことができる。
【０００９】
アルミ溶解炉の炉体構造２０は、図２の平面説明図に示すように、アルミ溶解原料を溶解する溶解室２１、保持室２２、脱ガス室２３、ろ過室２４により構成されるアルミ溶解装置である。
特に、溶解室２１、保持室２２、脱ガス室２３、ろ過室２４におけるアルミ溶湯の流路や貯留部が耐火材でライニングされ、各室を接続する連通部を介してアルミ溶湯が流動するように全体が一体的に構成された鋼鉄製の枠体からなる構造体である。
すなわち、各室を仕切る仕切壁の下端と底部との間にはアルミ溶湯の流路となる連通部が形成されており、各連通部を介して、溶解室２１、保持室２２、脱ガス室２３及びろ過室２４は一体的に構成され、これらの連通部を介して各室のアルミ溶湯が流動して均一化させることができるようになっている。
また、ろ過室２４内に設けられたセラミックフィルタ２５により、第３連通部２４ｂから流入するアルミ溶湯中の酸化物等の不純物を除去してろ過室２４に貯留されるアルミ溶湯の清浄度を高めることができるようになっている。
【００１０】
原料ホッパ１１は、アルミ溶解原料となるアルミ屑を受け入れるための容器体であり、じょうご形の底部に貯留されたアルミ屑をスクリューコンベアなどのアルミ屑供給フィーダ１２を介して取り出すようになっている。そのアルミ屑の種類や形態、挿入量などの条件によっては、原料ホッパ１１内のブリッジやラットホールなどによりシステム自体の性能が左右されることがある。
なお、スクリューコンベア１２は円筒体内で回転するスクリューによりアルミ屑を押し出しながら搬送する装置であり、定量性に優れているので、自動システムの構築に際してその制御性や安定性を高めることができる。
【００１１】
予備処理部１３は、原料ホッパ１１からアルミ屑供給フィーダ１２を介して投入されるアルミ屑を回転ドラム、冷風ファンにより不純物の分離や脱水処理を行なう部分であり、回転ドラムの遠心力によりアルミ屑に付着した異物や水分などを分離するとともに、冷風ファンを介してドラム内に冷風を吹き込んで残余の水分を乾燥させることができる。
また、必要に応じて、予備処理部１３においてアルミ屑を回転ドラム内に投入して脱水処理した後、熱交換ジャケット１３ｂにより予備加熱しアルミ溶解原料を所定温度に予熱することでシステム全体の熱効率性を高めることもできる。熱交換ジャケット１３ｂは、溶解室２１からの廃熱をアルミ溶解原料供給コンベアの外側のジャケットに導入する公知の設備である。
【００１２】
溶解室２１は、耐火材で内張りされた溶解炉体部分であり、仕切壁Ｋ及び第１連通部２２ａを介して保持室２２と一体的に構成されている。
この溶解室２１には、予備処理部１３で前処理されたアルミ溶解原料が、溶解原料供給フィーダによって上部から所定の供給速度で供給されるとともに、後段の保持室２２に連通する第１連通部２２ａを介してアルミ溶湯の一部が還流されることでアルミ溶解原料を溶解するようになっている。
【００１３】
保持室２２は、略箱型状に形成された耐火物構造体であって、その天井部や側壁部にガスバーナなどの加熱装置を備え、溶解室２１に連通する第１連通部２２ａから供給されるアルミ溶湯を加熱して、このアルミ溶湯を後段の脱ガス室２３に連通する第２連通部２２ｂを通して流動させるようになっている。
保持室２２に備えるガスバーナはガス燃料を空気中の酸素と混合して燃焼させる燃焼装置であり、温度センサからの信号を受けて溶湯温度を制御できるようになっている。
【００１４】
脱ガス室２３は、耐火材で内張りされた炉体部を備え、保持室２２から供給されるアルミ溶湯を炭化珪素質やアルミナ質などのセラミックス製の回転子２３ａにより攪拌しながら脱ガス処理を行なう装置である。
なお、この回転子２３ａに備えられたパイプを通して、窒素やアルゴンなどの不活性ガスをアルミ溶湯に吹き込むことで、脱ガス処理をさらに促進させることができる。
アルミ屑にはＳｒやＳｂ等の元素が添加されており、これらの酸化物は溶解後のアルミ溶湯中に多く分散し、溶湯の清浄度を低下させる要因となる。
また、機械加工の際に発生するアルミ切削屑は、その表面積が大きいため、酸化物の他にも酸化皮膜も多量に有している。
これら複合酸化物の比重はアルミ溶湯の比重より大きいため、炉底部に堆積しやすく、堆積した酸化物はフラックス処理や脱ガス処理により再びアルミ溶湯中に分散することになる。
よって、アルミ切削屑を原料として用いる場合は、アルミ溶湯の脱ガス処理が極めて重要となる。
【００１５】
このような脱ガス処理を適正な条件のもとで行なうためには、炉体内に貯留されるアルミ溶湯の貯留量を確実に制御することが必要である。
保持室２２に連通する第２連通部２２ｂから供給されて脱ガス室２３に貯留されるアルミ溶湯の貯留量は、ろ過室２４に設けられた溶湯レベルセンサ２３ｂにより常時検出することができるようになっている。
溶湯レベルセンサ２３ｂとしては、例えば、ろ過室２４上部からのレーザ照射などによりその反射位置を検出する反射型センサや、ろ過室側壁に設けた接点とアルミ溶湯との導通による電気信号を検出する浸漬型センサなどを適用することができる。
【００１６】
ろ過室２４は、略箱型状の耐火物製炉体を備えて脱ガス室２３と第３連通部２４ｂを介して一体的に構成されており、脱ガス処理された脱ガス室２３内のアルミ溶湯を、第３連通部２４ｂの出側に設けたセラミックフィルタ２５を通してろ過してアルミ溶湯中の介在物を除去して貯留する。
ろ過室２４では、溶湯成分が均一化されるとともに、セラミックフィルタ２５で清浄化されたアルミ溶湯が、その出側に設けられた出湯部２４ａからインゴットケースなどに出湯されるようになっている。
【００１７】
供給制御装置は、ろ過室２４に設けられた溶湯レベルセンサ２３ｂを介してろ過室２４内の溶湯レベル情報を取得して、原料ホッパ１１から予備処理部１３にアルミ屑を供給するアルミ屑供給フィーダ１２の回転速度などを制御するためのＩＣデバイスやコンピュータなどからなる制御機器である。
これによって、溶解室２１、保持室２２、脱ガス室２３、ろ過室２４の四者を一体化したアルミ溶解炉の炉体構造２０において、ろ過室２４の溶湯レベルが基準値に対して増減した場合に、溶解原料となるアルミ屑の供給量を的確に制御して、ろ過室２４からの出湯量を基準範囲内に自動制御させることができ、アルミ溶解処理の効率性と溶湯浄化の確実性とに優れるとともに、自動化に有利なアルミ溶解システムを構築することができる。
【００１８】
なお、本実施形態のアルミ溶解炉の炉体構造２０では、図３の断面説明図に示すように、不活性ガスを吹き込んで脱ガス処理を行う脱ガス室２３と、脱ガス室２３から流入するアルミ溶湯をろ過するろ過室２４との間には、第３連通部２４ｂが設けられているとともに、第３連通部２４ｂの出側（ろ過室側）にはセラミックフィルタ２５が備えられている。
そして、ろ過室２４の底部２４ｄの位置は、脱ガス室２３の底部２３ｄの位置よりも上方に位置するように段差Ｄが設けられており、第３連通部２４ｂの底部には、脱ガス室２３の底部２３ｄからろ過室２４の底部２４ｄに向かって上昇するように傾斜床部２６が形成されている。
すなわち、傾斜床部２６の上方には、脱ガス室２３とろ過室２４とを区分する仕切壁Ｋとしての上部堰２７が配設されており、上部堰２７と傾斜床部２６との間に溶湯を送出する第３連通部２４ｂが形成されているので、脱ガス処理され脱ガス室２３の底部２３ｄに貯留するアルミ溶湯は、上方に位置するろ過室２４方向に押し上げられるように、傾斜床部２６に沿って緩やかに上昇して送出されるようになっている。
このため、ろ過室２４内に設けられたセラミックフィルタ２５に、脱ガス室２３内で回転子２３ａで撹拌された渦流は、傾斜床部２６に当接してその勢いを緩和され、速度を緩和された溶湯をセラミックフィルタ２５を通過させるようになるので、セラミックフィルタ２５の局所的な通過および損耗を減少させることができる。
こうして、アルミ溶湯の攪拌に伴って発生したアルミ溶湯中の浮遊酸化物などの介在物は、ろ過室２４内のセラミックフィルタ２５にアルミ溶湯を透過させることで除去される。
【００１９】
なお、傾斜床部２６の傾斜角度αとしては、１０〜８５度であることが望ましく、さらに４５〜７５度とすることが好ましい。
傾斜角度αが１０度以下では、渦流が傾斜床部２６を上昇する間にその勢いが弱まらず、また、傾斜床部２６の距離が長くなり、炉体構造が大きくなり好ましくない。
一方、傾斜角度αが８５度を超える場合は、溶湯の流れに乱流を発生し易く、アルミ溶湯中の浮遊酸化物などの介在物を巻き込み易くなり好ましくない。
また、傾斜角度αを４５〜７５度の範囲にすると、傾斜床部２６に沿って上昇した溶湯がセラミックフィルタ２５全面を使って透過させることができるのでセラミックフィルタ２５の部分的な通過および損耗を減少させることができ好ましい。
【００２０】
なお、脱ガス室２３内の渦流が直接当たらないようにするには、傾斜床部２６を、脱ガス室２３の床面からろ過室２４の床面に向かって下降するように形成させることもできるが、この場合は、ろ過室を深くする必要があり、その深さに応じてセラミックフィルタ２５も大きくなり、セラミックフィルタ２５の表面積の増加に伴う浸食によってアルミ溶湯が汚れる可能性、および深さが深くなることによるセラミックフィルタの交換時のシール性の低下リスクが増して好ましくない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上説明したように本発明のアルミ溶解炉の炉体構造は、脱ガス室の底部とろ過室の底部との間の段差を接続する傾斜床部を設けるとともに、その傾斜床部上方に、アルミ溶湯を仕切る仕切壁の下端と傾斜床部との間に開口された第３連通部を設けるので、脱ガス室に配置された溶湯撹拌用の回転子の回転によって引き起こされるアルミ溶湯の渦流がセラミックフィルタに直接当たることなく、セラミックフィルタの局所的な通過および消耗を効果的に防ぐことができる。
このように、本発明のアルミ溶解炉の炉体構造は、アルミ溶解処理の効率性と溶湯浄化の確実性とに優れ、産業上の利用可能性が極めて高い。
【符号の説明】
【００２２】
１０    アルミ溶解システム
１１    原料ホッパ
１２    アルミ屑供給フィーダ（スクリューコンベア）
１３    予備処理部
１３ａ    原料供給フィーダ
１３ｂ    熱交換ジャケット
２０    アルミ溶解炉の炉体構造
２１    溶解室
２２    保持室
２２ａ    第１連通部
２２ｂ    第２連通部
２２ｃ    仕切壁
２３    脱ガス室
２３ａ    回転子
２３ｂ    溶湯レベルセンサ
２３ｄ  脱ガス室の底部
２４    ろ過室
２４ａ    出湯部
２４ｂ  第３連通部
２４ｄ  ろ過室の底部
２５    セラミックフィルタ
２６    傾斜床部
２７    上部堰
Ｄ    段差
Ｋ    仕切壁
α    傾斜角度
【図１】
0005721527.tif 000002
【図２】
0005721527.tif 000003
【図３】
0005721527.tif 000004