(57)【要約】  流入口を構成する基端および流出口を構成する上端を有する細長い管で構成された溶融金属ポンプを提供する。細長い管は、強化繊維材料で構成される。シャフトが管内に配置され、インペラーが、シャフトに固着され、基端近くに配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端および上端を有し、強化繊維材料で構成された細長い管と、前記管内に配置されたシャフトと、前記シャフトによって回転できるインペラーと、を含み、インペラーは、前記基端近くに配置され、前記基端は、流入口を含み、前記上端は、流出口を含む、溶融金属ポンプ。
【請求項２】
前記細長い管は、約１８乃至５０mmの側壁厚さを含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項３】
前記細長い管は、少なくとも２メートの長さを含む、請求項２の溶融金属ポンプ。
【請求項４】
流入口に配置された軸受けリングを更に含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項５】
前記軸受けリングは、強化繊維材料で構成される、請求項４の溶融金属ポンプ。
【請求項６】
前記シャフトおよびインペラーはアッセンブリーを形成し、該アッセン部リーは、前記管からユニットとして選択的に取り外される、請求項５の溶融金属ポンプ。
【請求項７】
基端から突出する少なくとも３つの脚部を含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項８】
軸受けリングを取り付けるために構成された少なくとも３つの穴を更に含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項９】
前記細長い管は、約２３５mmより小さい外径を有し、前記細長い管を形成する壁は、約５０mmよりも小さい幅を有する、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項１０】
耐火材料で構成され、流入端、ほぼ管状中間部分および流出室端を含む細長いポンプ室を含み、流出室端は、ほぼ渦形状および前記中間部分の直径よりも大きい直径を有し、前記流出室端を少なくとも部分的に取り囲む金属フレームを含み、前記流出室端は、溶融金属の流出を可能にするトラフを更に含み、シャフトから吊るされ、前記流入端内に或いは流入端に隣接して配置されたインペラーを含み、前記シャフトはモータと係合するようになっている、溶融金属渦生成装置。
【請求項１１】
前記トラフは、強化繊維材料で構成される、請求項１０の溶融金属ポンプ。
【請求項１２】
溶融金属坩堝であって、該坩堝は、強化繊維材料で構成され、ボウル形状主本体を有し、前記主本体の側壁は、管状コラムを含み、該コラムは、坩堝と流体連通した基端および樋又は流出口と流体連通した上端を有し、前記管状コラム内に受け入れられるように構成されたシャフトおよびインペラーアッセンブリーを更に含む、溶融金属坩堝。
【請求項１３】
開口を構成する基端および上端を有し、強化繊維材料で構成された細長い管と、前記管内に配置されたシャフトと、前記シャフトによって回転できるインペラーと、を含み、前記インペラーは、前記開口を少なくとも実質的に閉じ、前記インペラーは、該インペラーの半径方向縁が前記管の内壁と動的シールを形成し、或いは前記管の基縁が前記インペラーの上方に向いた面と動的シールを形成する、溶融金属ポンプ。
【請求項１４】
前記開口は少なくとも実質的に円形であり、インペラーの前記半径方向縁は、管の内壁と動的シールを形成する、請求項１３のポンプ。
【請求項１５】
前記インペラーは、黒鉛で構成され、かつ前記管と界面をなす半径方向セラミック軸受けを含む、請求項１３のポンプ。
【請求項１６】
インペラーは、セラミック材料で構成され、かつ軸受けを含まない、請求項１３のポンプ。
【請求項１７】
前記インペラーは、円板状主本体およびハブ、前記主本体の上面に配置された複数の湾ンで構成され、少なくとも１つの通路が、前記主本体の底面から上面まで延びる、請求項１３のポンプ。
【請求項１８】
前記管に入る全溶融金属の少なくも７５％が前記通路を通過する、請求項１７のポンプ。
【請求項１９】
隣接した湾ン間の空間は、上方に開いている、請求項１３のポンプ。
【請求項２０】
内包に窪んだ流入口は、前記少なくとも１つの通路と流体連通している、請求項１７のポンプ。
【請求項２１】
第１の面から延びるハブ、前記ハブから又は前記第１面から若しくは両方から半径方向に延びる複数の湾ンを含む円板上主本体を含み、前記湾ンは、前記ハブと円板形主本体の半径方向縁との間の全距離よりも短く延び、第１面と対向した、主本体の第２面に内包に窪んだ流入口を含み、前記２つの通路が流入口からインペラーの側を含む湾ン間で延びる、溶融金属インペラー。
【請求項２２】
前記距離は、７５％より小さい、請求項２１のインペラー。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
この出願は、２０１５年２月２７日提出の米国仮出願第６２／１２１，８０５号の利益を請求し、その開示をここに組み込む。
【０００２】
本発明の実施形態は、溶融金属をポンプ送りするためのポンプに関し、特にそれを参照して記載される。本ポンプの実施形態は、溶融アルミニウム，亜鉛，鉛，および又はマグネシウムおよびその合金を扱う特別な用途を見いだす。しかしながら、本例示態様はまた他の同様な適用に従順できることを理解すべきである。
【０００３】
溶融金属をポンプ送りするこめのポンプは、金属物品の生産の炉に使用される。現在、多くの金属ダイキャスティング設備は、大多数の溶融金属を収容する主炉床を採用する。固形金属棒が主炉床で周期的に溶かされる。移送ポンプが主炉床に隣接した別の井戸内に置かれる。移送ポンプは、該移送ポンプの存在する井戸から溶融金属を吸い込んで、それをとり湾又は導管へ移送し、そこから、金属物品を形成するダイキャスターに移送する。本発明は、溶融金属を炉からダイキャスティング機、インゴット型，ＤＣキャスターなどに移送するのにしようされるポンプに関する。本ポンプは、オンデマンド使用のためにおよび又は緊急くみ出し状況のために可搬型装置として簡単に使用される。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の種々の詳細は、基本的な理解を提供するために以下で要約される。この要約は、開示の完璧なあらましではなく、開示のある要素を特定するものではなくその範囲を明確に描写するものでもない。むしろ、この概要の主な目的は、以下に提示するもっと詳細な説明に先立って簡略形態で開示のある概念を提示することにある。
【０００５】
本発明の１つの実施形態によれば、流入口を構成する基端および流出口を構成する上端を有する細長い管で構成された溶融金属ポンプを提供する。細長い管は、強化繊維材料で構成される。シャフトが管内に配置され、インペラーが、シャフトに固着され、基端近くに配置される。
【０００６】
変形実施形態によれば、強化繊維材料の細長い本体で構成された溶融金属ポンプを提供する。本体は、渦領域直径を有する渦領域および流出口領域直径を有する流出口領域を含む。流出口領域の直径は、渦領域の直径よりも大きい。インペラーは、流入口合いに又はそれに隣接して配置される。強化繊維材料軸受けが流入口内に配置され、そしてインペラーに係合するように位置決めされる。シャフトは、流出口領域および渦領域を貫いて延び、そしてインペラーに係合する第１端部およびモータに係合するようになった第２端部を含む。
【０００７】
更なる実施形態によれば、基端および上端を有する細長い管を有する溶融金属ポンプを提供する。細長い管は、強化繊維材料で構成される。基端は、開口を構成する。シャフトが、管内に配置され、インペラーは、開口を少なくとも実質的に閉じるように位置決めされた前記シャフトで回転される。インペラーは、該インペラーの半径方向縁が管の内壁と動的シールを形成する用に又は管の基部縁がインペラーの上方に向いた面と動的シールを形成するように配置される。
【０００８】
以下の説明および図面は、開示の種々の原理を遂行するいくつかの例示的な方法を示す、開示のある実例実行を詳細に記載する。しかしながら、図示した例は、開示の多くの可能な実施形態を網羅していない。開示の他の目的、利点および新規な特徴を、図面と関連して考慮される時、開示の以下の詳細な説明に記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】炉湾に配置されたポンプを含む溶融金属移送システムを示す斜視図である（このシステムは、米国出願第１３／３７８，０７８号に開示されており、その開示をここに組み込む。）。
【図２】図１に示すシステムの部分断面斜視図である。
【図３】図１に示すシステムの側面断面図である。
【図４】ポンプ室の趣旨図である。
【図５】ポンプ室の平面図である。
【図６】図５の線Ａ−Ａに沿う図である。
【図７】代表的なインペラー設計である。
【図８（ａ）−８（ｂ）】図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、断面斜視図および断面平面図から適当なポンプ室の底端部を示す。
【図９】変更ポンプ構成の概略断面図である。
【図１０】さらに変更ポンプ構成の概略断面図である。
【図１１】図１０のポンプの詳細な断面斜視図である。
【図１２（ａ）】本ポンプの使用に適したインペラーを示す。
【図１２（ｂ）】本ポンプの使用に適したインペラーを示す。
【図１３（ａ）−１３（ｄ）】図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）は、それぞれ、変更ポンプ構成の斜視図，渦室の詳細図，強化繊維材料ポンプ本体の斜視図，およびポンプ本体の端図である。
【図１４】更なる代替ポンプ室構成の側立面（部分断面）である。
【図１５】図９のポンプ室の底面図である。
【図１６】本開示の移送ポンプを含むように構成された坩堝の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的な実施態様が好ましい実施形態を参照して記載されている。変形および変更が、詳細な説明を読み、理解する時他人に思い浮かぶであろう。例示的実施形態は、添付の請求項又は均等の範囲内に入る限りにおいてかかる変形および変更をすべて含むものと解釈すべきである。
【００１１】
坩堝又は溶融／保持炉から溶融金属をやさしく移送するために設計される。本ポンプは、炉から坩堝への溶融金属の移送、坩堝を空にすること、および又は、鋳造機／坩堝への移送および炉から炉への移送など鋳物および鋳造店適用について特に有用である。ポンプは、それを比較的コンパクト（例えばボウルの金属侵入深さ：１１００又は８００mm、ボウルの直径：２７５（頂）から２３５mm（底））であるように製造することができるから、小さい坩堝を空にすることができる。
【００１２】
加えて、強化繊維材料製造のレイアップ技術を利用することによって十打つ敵に一定な直径、例えば、１８５mm又はより小さい内径および又は２３５mm又はより小さい外径を有する細長いポンプ室を構成することが可能である。強化繊維材料の高い強度および熱衝撃抵抗であれば、比較的薄壁ポンプ室（例えば５０mm以下）を構成することが簡単に可能である。このように、狭い空間、例えば、直径が２５cm以下の空間への挿入を可能にするポンプが可能である。
【００１３】
ポンプは、有利には、タフで機械的酷使に強い複合セラミック材料で構成された主本体を有し、装置のボウルを非常に耐久性、剛性およびユーザーフレンドリーにする。これらの材料は、ここでは、強化繊維材料（ＲＦＭ）と称される。
【００１４】
ポンプ室を強化繊維材料で構成することの利点は、改善された安全性を含み、湯出し口を傾け又は使用する、手で空にする手順を排除し、溶融金属の品質の改善、生産性の増大、および予熱の必要を最小にする。
【００１５】
強化繊維材料は、少なくとも次の追加の利点を提供する。
Ａ．システムは、軽量のため、溶融金属を取り出しが容易であり、溶融金属への挿入が容易である（システムは、恒久的に装着されるが、それは必要ではない）。
Ｂ．より薄い壁を設計できる（軽量および低熱質量に寄与する）。
Ｃ．良好な熱衝撃抵抗。
Ｄ．予熱不要−システムを（約１００℃以上に）予熱して耐火物中の残留水分がなくなった後、強化繊維材料は、予熱なしに溶融金属の中へ直接沈めることができる。
Ｅ．鋳物坩堝から他の容器に移すのに使用することができる。
【００１６】
有利には、本ポンプの構造は、細長い管の４０％又はそれ以上を金属ラインより上に延ばせる。
【００１７】
図１−３を参照すると、本発明の溶融金属ポンプ３０が炉８と関連して示されている。ポンプ３０は、炉湾３４の壁に位置した金属枠組み３２を介して吊り下げられ、（支持枠組みを要求しない移動可能な変形例を図１３（ｃ）−（ｄ）に示す）。モータ３５が（例えば、グラファイト又はセラミックで構成された）シャフト３６及び付加したインペラー３８を回転させる。強化繊維材料（ＲＦＭ）本体４０が全体的に細長い円筒形ポンプ室又は管４１を形成する。ポンプ室及び管は、ここでは、円筒形として示されているが、他の形状も予想されることを特に言及する。例えば、円筒形は、楕円形シリンダ、放物線シリンダ及び双曲線シリンダなどの形状を含む。その上、ポンプは、長方形又は正方形のような横断面形状の室で機能することができることが予見される。加えて、横断面形状はポンプ室の長さ全体にわたって変化してもよいことが予見される。
【００１８】
本体４０は、インペラー３８を受け入れる流入口４３を含む。インペラー３８の均一な摩損及び回転を容易にするため軸受けリング４４を設けるのがよい。
操作中、溶融金属は流入口からインペラーへ吸い込まれ（矢印）、強制（平衡）渦の形で管４１内で押し上げられる。管４１の頂きには、インペラーの回転によって発生される溶融金属渦をトラフの中へ外方に差し向ける渦形室４２が設けられている。トラフ４４は、溶融金属を、当業者に知られているように、鋳造装置、とりべ、又は他の機構などの、その所望場所に差し向ける追加のトラフ部材又は管と接合され／連結される。
【００１９】
渦キャビィティとして示したけれども、回転する溶融金属渦をトラフに差し向けるために代替機構を利用してもよい。事実、大きさの等しい、そして管４１と同心の円筒渦から延びる接線流出口は、溶融金属の接線流れを達成することができる。しかしながら、流れパターンの中へ延びるウイング又は、溶融金属をトラフへ差し向ける他の要素などのダイバーターは有益である。
【００２０】
加えて、ある環境では、管の基部を平坦以外の、ほぼベル形状に形成することが望ましい。この設計によりより深い渦を生じ、装置はスクラップ潜水ユニットとして進歩した機能を有する。
【００２１】
ポンプ３０は、強化繊維材料管４１の頂部分（流出口室）を取り囲む金属フレーム１０８を含み、かつポンプ３０に固着されるモータ取付台１０２を含む。スチールフレームと耐火ボウルとの間に、熱膨張率の変化に順応する圧縮可能な繊維ブランク（図示せず）を配置するのがよい。その上、流出口室は、トラフ４４を塞ぐ下流障害の場合に溶融金属を炉に安全に戻すオーバーフロー切欠き１２３を備える。オーバーフロー切欠き１２３は、トラフ４４よりも浅い深さを有する。
【００２２】
今図４−６に戻ると、本体４０がより詳細に示されている。図４は、強化繊維材料本体の斜視図を示す。図５は、うず設計の上面図を示し、図６は、細長いほぼ円筒形のポンプ室の断面図を示す。これらの図は、一般的な設計パラメータを示し、ポンプ室４１は、直径がインペラーの直径よりも少なくとも１．１倍大きく、好ましくは、少なくとも約１．５倍、最も好ましくは、少なくとも約２．０倍大きい。しかしながら、亜鉛のようなより大きい密度の金属では、ポンプ室の直径に対するインペラーの直径は、１．１乃至１．３の低い範囲にあるべきであることが望ましい。加えて、ポンプ室４１は、長さすなわち高さがインペラーよりも著しく大きいことがわかる。好ましくは、ポンプ室の長さ（高さ）は、少なくとも９１．４４cm（３フィート）又は少なくとも１５２．４０cm（５フィート）又は少なくとも２１３．３６cm（７フィート）である。流入口から流出口までのポンプの高さは、６０９．６cm（２０フィート）よりも小さく又は４２６．７２cm（１４フィート）よりも小さくてもよい。理論に縛られることなく、これらの寸法は、図６に線４７で示すように、溶融金属の望ましい強制（平衡）渦の形成を容易にすると考えられる。
【００２３】
図７は、溶融金属誘導流を供給するベーン６５（又は通路）及びシャフト３６と合うためのハブ５０を有する頂部分６８を含むインペラー３８を示す。流入口案内部分７０は中空中央部分５４を構成する。軸受けリング５６は、本体４０内でインペラーの円滑な回転をもたらすために設けられるのがよい。インペラーはグラファイト又はセラミックのような適当な耐熱材料で構成される。底流入口及び側面流出口を有する伝統的な溶融金属インペラー設計は、本オーバーフロー渦移送システムにおいて機能することが考えられる。
【００２４】
図８（ａ）及び８（ｂ）は、ポンプ室４１の１つの例の基端部の詳細図を提供する。これらの図において、基端部８０は、側壁８２、底壁８４、及び強化繊維材料軸受けリング８６（以前の図では示さず）を含む。底壁８４及び軸受けリング８６には、溶融金属を受け入れるインペラー受け入れ流入口８８が形成されている。
【００２５】
本体４０を含む選択されたポンプ構成部品に使用される強化繊維材料は、繊維フィーラ材料とのセラミックマトリックス材料を含む。セラミックマトリックス材料は、例えば、ウォラストナイトとコロイドシリカの混合物であるのがよい。例示の繊維フィーラ材料はガラス繊維である。これらの材料は、一緒に混合されてスラリーを形成する。
【００２６】
本体は、プリカット等級の織布をマンドレルの上に置き、スラリーを加え、織布の完全な湿りを確保するようにスラリーを織布に入り込ませことによって、一連の層に構成されるのがよい。これは、所望厚さガ達成されるまで、繰り返されて織布及びマトリックス材料の連続層を作り上げる。
【００２７】
製品が所望厚さを達成したら、製品は、生（焼かれていない）形態で機械加工されて管状本体の外面を成形する。次いで管状本体は、マンドレルから取り外され、炉の中に置かれて乾燥する。例えば、窒化硼素の非粘着コーティングが塗られる。
【００２８】
本ポンプは鋳物市場に特に適したポータブルオーバーフローポンプとして構成されるのがよい。ポンプは、溶融金属を小さな坩堝又は溶融炉若しくは保持炉から静かに引き揚げて移送するように設計されるのがよい。ポンプは、金属を炉から坩堝にポンプ送りし、坩堝を空にし、金属を鋳造機に移送し、金属を一方の炉から他方の炉に移動させるような、鋳物及び鋳造店適用に使用することができる。
【００２９】
ポンプのコンパクトな大きさは、ポンプを一方の容器から他方の容器に容易に輸送し、その強化繊維材料構造は、予熱の要求を最小にすることにより、迅速な金属挿入を可能にする。ポンプの設計は、溶融金属を効率的に引き揚げて移送し、伝統的な移送法よりもドロスを少なくする。ポンプは、手で空にし、傾け又は湯出しポートを使用するのに作業者を必要とする伝統的な移送法よりも使用するのに安全である。
【００３０】
強化繊維材料ポンプの設計利点は、移送工程中ドロスの形成の減少及び一定な金属流量を含む。ポンプは、小さい直径の設置面積を有するが、その設計により、ポンプは、約１分よりも短い間に約５００kg（１１００ポンド）の小さい坩堝を巧く空にする。
【００３１】
ポンプは、軽量であり、優れた機械的強度を有し、溶融アルミニウムの滲み込みがなく、より良い熱の保持及び鋳鉄、繊維積層ボード材及び他のプレキャストセラミック材料と比較してより良い使用寿命を有する。強化繊維材料は、下流の酸化物及び介在物を減じ、ドロスの発生を防止するのを助け、より低い炉保持温度に寄与し、より高い品質の鋳造物を得ることができる。それはまた、複雑な設計に形成することができ、プレート熱交換器衝撃によく耐える。
【００３２】
マトリックス（強化繊維材料）を作るのに使用される無機材料は、その中に埋設される繊維と混合しても化学反応を起こさない、成形又は熱成形することができ、剛性で強く、溶融金属を扱うのに十分耐熱性であり、溶融金属温度で剛性のままである、ことを条件にどんなタイプのものでもよい。
【００３３】
無機材料は、ユニフラックスによって商標ＱＦ−１５０及び１８０のもとに販売されているもののようなコロイドシリカで作られた膠であるのがよい。無機材料はまたナトリウム又はカリウムシリカスラリー、若しくはパイロテックス社によって商標ＥＺ４００のもとに販売されているもののようなジルコン湾スコーティングでもよい。
【００３４】
一例では、強化繊維材料は、バーミキュライトとの反応によって中和された５０％までの一次酸性作用で４０乃至８５％の範囲の燐酸の濃度を有する８乃至２５重量％の水性燐酸溶液を含むのがよい。それはまた、珪灰石含有混合物又は異なる等級の珪灰石の混合物の７５乃至９２重量％及びシグマ−アルドリッチによって商標ＬＵＤＯＸ  ＨＳ−４０のもとに販売されているもののような、コロイドシリカの２０乃至４０％を含有する水性懸濁液を包含する。混合物中の珪灰石に対する水性懸濁液の重量比は、０．５乃至１．２の範囲であるのがよい。
【００３５】
管を準備するために、選択された教科繊維材料のスラリーを準備し、目の荒い織布に、直塗りか侵漬のいずれかでスラリーをしみ込ませる。次いでできた製品を、マトリックスが硬化するまで予め選択された形状の型の中に入れる。周囲温度で１０時間乾燥段階に続いて高温（３７５℃のような）で７時間の焼成が有利であるとしても、乾燥及び又は加熱段階の必要なしに、２時間以下で剛性管を型から外すことができる。
【００３６】
図２−８（ｂ）（第１実施形態）に示すポンプ及びインペラー設計は、炉から溶融金属の移送を達成するのに極めて効果的であるが、その実用性は、溶融金属が、例えば、７６０℃（１４００°Ｆ）以上の高温である炉環境で最も効果的である。溶融金属の温度が例えば、移送される金属の融点以上の１０℃（５０°Ｆ）より低い環境では、代替設計が望ましいかもしれない。その上、比較的低温の溶融金属環境では、第１実施形態の比較的高い質量基部及びインペラー部品がポンプ本体内に溶融金属温度の減少を引き起し、その結果、金属の硬化及びポンプアセンブリーに潜在的な損傷をもたらす。
【００３７】
例えば、基部領域に内外熱伝対を備えた第１ポンプ実施形態を使用して試験を行なった。ポンプを７３２℃（１３５０°Ｆ）の温度の溶融金属の中へ沈めた。下の表は、沈めた箇所からの記録温度を要約する。
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【００３８】
当業者が識別するように、溶融金属へのポンプの最初の挿入は、ポンプ室の内側の溶融金属温度の著しい低下を引き起こすことがある。この温度低下は、インペラーの存在によって高められる。移送される溶融金属が関連した炉によって、金属ナトリウム温度に比較的近い温度に維持されるならば、ポンプの凍結があり得る。
【００３９】
第２の実施形態によれば、強化繊維材料底壁８４（図８（ａ）及び（ｂ）参照）が取り除かれている。強化繊維材料軸受けリング８６も取り除かれ、インペラーの質量が減少された。
【００４０】
特に図９を参照すると、ポンプ室１００の基部領域はインペラー１０２を受け入れる。インペラーと細長い管の底壁との間に界面を形成しないで、動的シール１０４がインペラー主本体１０８の上面１０６と管本体１１２の底縁１１０との間に形成される。
【００４１】
インペラー１０２はシャフト１１６を受け入れるハブ１１４を含むのがよい。湾ン１１８が上面１０５上でハブから延びる。底面１２２には流入口１２０が設けられ流入口の通路（図示せず）は、金属をポンプの外側からポンプ室１００に移送するために主本体１０８を貫いて延びる。
【００４２】
ここに利用されるように、用語「動的シール」は、回転するインペラーと管本体との間に形成されるシールを表す。動的シールは、インペラーと管本体との間に潤滑用溶融金属フィルムが形成されるが、運転中、それを通して実質的に溶融金属流れが起こらない、実質的に絶対から、計測可能な量の溶融金属がインペラーと管本体との間を通ることができる状況までの流動密着性を含むものである。しかしながら、動的シールを通してポンプ室に入る溶融金属の最大量は、インペラー流入口から入る量よりは少ないことが望ましい。その上、管本体がインペラーの回転中軸受け面として作用することが最も望ましい。
【００４３】
図１０及び１１に目を向けると、代替形態が図示されており、この形態では、インペラー１０２の半径方向縁１５２と管本体１１２の内壁１５６との間に縁部の動的シール１５０が形成される。いずれの実施形態でも、インペラーは、半径方向軸受けリング１５８を含むがこのような軸受けリングは、特にインペラーがセラミック材料で構成されるならば、任意であると考えられる。また、インペラーの底に面したコーナーで動的シールを形成するように構成された管本体の僅かな下受け（例えば、「ｊ」形ターミナル部分）が考えられるが、図示されない。
【００４４】
今、図１２（ａ）及び１２（ｂ）に目を向けると、軸受けリング（例えば、炭化珪素で構成された）を付けてないインペラー１７５（例えば、黒鉛又はセラミックで構成された）が示されている。インペラー１７５は、円板形本体１７７を含み、その上面１７９には複数の湾ン１８１が配置されている。湾ン１８１は、シャフト（図示せず）を受け入れることができるハブ１８３から延びる。ハブ１８３は、シャフト（図示せず）を受け入れることができる界面を提供するダボを受け入れるための凹部１８５を含むように構成されるのがよい。インペラー１７５は、更に、底面１８８に、複数の通路１８９と流体連通する流入口１８７を含み、溶融金属は、これらの通路を介して円板形本体１７７を貫通し、上面に隣接して流出する。ここで溶融金属は、湾ン１８１によって作用されて、所望な半径方向流になり、高い位置の流出口での最後の流出を可能にするために溶融金属を管内で上方に持ち上げる渦を引き起こす。
【００４５】
図７のインペラーと図１２（ａ）及び（ｂ）のインペラーの視覚的比較が教えるように、頂解放湾ン構造及び内方に窪んだ流入口とすることによってインペラー質量の著しい量が除去された。ある例では、インペラーに隣接した強化繊維材料管が約１５cm乃至３０cmの内径を有し、インペラーが、約５００乃至１５００立方cmの体積を有するのが望ましい。一例として、この関係を、約３：１以下のようなインペラーの体積と管の断面積との比として特徴付けることが望ましいかもしれない。その上、インペラーに隣接した強化繊維材料管の壁は、幅が１．２７乃至３．８１cmの範囲にあることが望ましい。加えて、ベーン内に内在する溶融金属の量を増大させるために、ベーンを、ポンプ管壁から、動的シールを形成するインペラーの部分よりも大きい程度に離隔させたインペラーを提供することが望ましいかもしれない。例えば、ベーンは、ハブと円板形本体の半径方向縁部との間の距離の７５％程延びる。
【００４６】
今、図１３（ａ），（ｂ）、（ｃ）に目を向けると、強化繊維材料管を利用する利点は、容易に明らかである。特に、図示した設計では、ポンプ２００は、溶融金属を揚げて移送することを要求する場所間で選択的に移動できるように構成される。特に、管２０１は、強化繊維材料の高い強度及び構造一体性により、例えば、約１８乃至５０mmの比較的薄い壁で構成されるのがよい。その上、管は、その長さ全体にわたって少なくとも実質的に均一な直径の円筒形状を有するように構成されるのがよい。これは、ポンプの、隙間のない空間への挿入にとって有利である。図示した実施形態では、モータ取付台０３は、渦室２０５の上に位置し、ポスト２０７がモータ取付台を、渦室の上縁に結合された金属板２０９に固着する。モータ２１１は、モータ取付台２０３に固着される。シャフト２１２が、モータと基部領域２１４に配置されたインペラー（図示せず）との間に延びる。モータ取付台２０３には、ポンプ２００の所望場所間の移動を容易にするため、つり上げアイ２１３が３個設けられている。その上、ポンプ２００は、フォークリフト又は天井ホイストを使用して合い２１３を介してつり上げ、そして溶融金属の取り出しのための坩堝又は炉に運ばれる。ポンプ２００は、所望量の溶融金属が取り出されたとき、空にされかつ取り出される装置の中に、リフト機構によって一時的に置かれるのがよい。
【００４７】
図１３（ｃ）および（ｄ）を参照すると、ポンプ本体は、基部領域２１４に流入口２２０を示す。流入口２２０は、強化繊維材料リング２２１を含む。ポンプ本体は、３つの脚部２２３を更に含み、これら脚部により、ポンプ２００を、過剰な量の固形物の吸い込みを回避するために、流入口を床より上に位置させながら炉／坩堝の床の上における。ポンプの渦端部２５も図示され、この渦端部は、渦室２２７および流出口２２９を含む。オーバーフロー路２３１も図示されている。
【００４８】
操作中、動力モータ２１１はシャフト２１２および設けられたインペラーを回転させ、インペラーの回転は、流入口２２０から溶融金属を吸い込む。インペラーは、管２０１内で溶融金属を半径方向に噴射する（管の内径は、インペラー出口でインペラーの外径よりも大きい）。半径方向に噴射された溶融金属は、溶融金属の回転渦を形成し、回転渦は、管の壁を登り、渦室２２７に達する、溶融金属は、流出口２２９から水平方向外方に差し向けられる。
【００４９】
次ぎに、図１４および１５に目を向けると、ポンプ室の代替構造が示されている。特に、ポンプ室３００は、強化繊維材料で構成され、３つの脚部３０１を含み、これら脚部は、室３００を溶融金属の入った容器の床より上に持ち上げるのに利用することができ、これは詰まり傾向を減少させると見られてきた。加えて、この実施形態では、室３００は、インペラー（図示せず）の軸受けリングと合うように位置決めされた強化繊維材料軸受けリング３０７を保持するために設けられたボルト３０５を受け入れるように向けられた複数の穴３０３を備えている。
【００５０】
次ぎに図１６に目を向けると、この開示内に含まれる発明のポンプ概念は、設定された坩堝に適用される。その上、設けられる坩堝４００は、側壁４０３に隣接して管状コラム４０１を含む。管状コラム４０１は、坩堝の主溶融金属収容領域４０４と流体連通した流入口４０２を含む。坩堝および又は管状コラムは強化繊維材料で構成される。管状コラム４０１は、坩堝から放出口を経て溶融金属の排出を容易にする渦頂部分４０５を備えている。
【００５１】
選択的に取り外し可能なモータ４０９、モータ取付台４１０、シャフト４１１およびインペラー４１２、ひとまとめにしてアッセンブリー４１３は、管状コラム４０１に導入することができ、モータによるインペラーの回転で、管状コラム４０１内に溶融金属の渦を生じさせ、溶融金属を渦頂部分４０５まで上昇させ、ついには放出口４０７を経て排出させる。
【００５２】
坩堝の側壁４０３は、モータ取付台４１０を受け、モータ取付台と解放可能に合うように構成されたポスト４１５を備えるのがよい。この方法で、アッセンブリー４１３は、溶融金属の取り出しのため坩堝と選択的に関連させ、次いで、希望通り、取り外すことができる。有利には、アッセンブリーは、多数の坩堝を使用するのに利用することができる。
【００５３】
本発明は、その設計が強化繊維材料の低いインペラーで平衡渦を生じさせ、空気を吸い込まないしなやかな平滑面を生じさせる点で多くの利点を有する。したがって、渦は激しくなく、ドロスを殆ど又は全く生じさせない。その上、本ポンプは、回転する溶融金属の円柱が乱れの全くない固形体として回転するように一定角速度を有する強制渦を生じさせる。
【００５４】
他の利点は、脆弱で、詰まりやすく損傷しやすい、伝統的な溶融金属ポンプでのライザー構成部品の除去を含む。加えて、設計は、伝統的な移送ポンプ基部に対して大変小さい設置面積を提供しかつインペラーを湾底に大変近くに設置する能力を有し、大変低い金属水位降下を可能にする。小さい設置面積の結果、装置は、現在の耐火炉設計に適しており、それに著しい変更を必要としない。
【００５５】
ポンプは、優れた流れ調子能力を有し、そのオープン設計構造は、簡単かつ容易に清掃するアクセスに備える。有利には、シャフトおよびインペラー交換部品だけが一般的に要求される。事実、一般的には自己清掃である、すなわち、金属面が高いので、ライザー内のドロス形成は排除される。一般的には、エアモータのような低トルクモータが、経験される低トルクのために十分である。
【００５６】
設計に対する任意の追加は、ポンプ室の流入口の基部に、フィルターの設置を含む。更に、ポンプは、大変長い引き（例えば１４フィート）を要求する溶融亜鉛環境での用途に適している。このような設計は、モータとインペラーとの中間の、回転シャフトの位置に軸受け機構を設置することを含む。その上、亜鉛に適用する場合には、ポンプ室管および随意に、シャフトとインを含む、構造全体が、スチール又はステンレススチールなどの金属で製造されるのがよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１３（ｄ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月6日(2017.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
今、図１２（ａ）及び１２（ｂ）に目を向けると、軸受けリング（例えば、炭化珪素で構成された）を付けてないインペラー１７５（例えば、黒鉛又はセラミックで構成された）が示されている。インペラー１７５は、円板形本体１７７を含み、その上面１７９には複数のベーン１８１が配置されている。ベーン１８１は、シャフト（図示せず）を受け入れることができるハブ１８３から延びる。ハブ１８３は、シャフト（図示せず）を受け入れることができる界面を提供するダボを受け入れるための凹部１８５を含むように構成されるのがよい。インペラー１７５は、更に、底面１８８に、複数の通路１８９と流体連通する流入口１８７を含み、溶融金属は、これらの通路を介して円板形本体１７７を貫通し、上面に隣接して流出する。ここで溶融金属は、ベーン１８１によって作用されて、所望な半径方向流になり、高い位置の流出口での最後の流出を可能にするために溶融金属を管内で上方に持ち上げる渦を引き起こす。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端および上端を有し、強化繊維材料で構成された細長い管と、前記管内に配置されたシャフトと、前記シャフトによって回転できるインペラーと、を含み、インペラーは、前記基端近くに配置され、前記基端は、流入口を含み、前記上端は、流出口を含む、溶融金属ポンプ。
【請求項２】
流入口に配置された軸受けリングを更に含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項３】
前記軸受けリングは、強化繊維材料で構成される、請求項２の溶融金属ポンプ。
【請求項４】
基端から突出する少なくとも３つの脚部を含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項５】
軸受けリングを取り付けるために構成された少なくとも３つの穴を更に含む、請求項１の溶融金属ポンプ。
【請求項６】
耐火材料で構成され、流入端、ほぼ管状中間部分および流出室端を含む細長いポンプ室を含み、流出室端は、ほぼ渦形状および前記中間部分の直径よりも大きい直径を有し、前記流出室端を少なくとも部分的に取り囲む金属フレームを含み、前記流出室端は、溶融金属の流出を可能にするトラフを更に含み、シャフトから吊るされ、前記流入端内に或いは流入端に隣接して配置されたインペラーを含み、前記シャフトはモータと係合するようになっている、溶融金属渦生成装置。
【請求項７】
溶融金属坩堝であって、該坩堝は、強化繊維材料で構成され、ボウル形状主本体を有し、前記主本体の側壁は、管状コラムを含み、該コラムは、坩堝と流体連通した基端および樋又は流出口と流体連通した上端を有し、前記管状コラム内に受け入れられるように構成されたシャフトおよびインペラーアッセンブリーを更に含む、溶融金属坩堝。
【請求項８】
開口を構成する基端および上端を有し、強化繊維材料で構成された細長い管と、前記管内に配置されたシャフトと、前記シャフトによって回転できるインペラーと、を含み、前記インペラーは、前記開口を少なくとも実質的に閉じ、前記インペラーは、該インペラーの半径方向縁が前記管の内壁と動的シールを形成し、或いは前記管の基縁が前記インペラーの上方に向いた面と動的シールを形成する、溶融金属ポンプ。
【請求項９】
第１の面から延びるハブ、前記ハブから又は前記第１面から若しくは両方から半径方向に延びる複数のベーンを含む円板上主本体を含み、前記ベーンは、前記ハブと円板形主本体の半径方向縁との間の全距離よりも短く延び、第１面と対向した、主本体の第２面に内包に窪んだ流入口を含み、前記２つの通路が流入口からインペラーの側を含むベーンまで延びる、溶融金属インペラー。
【国際調査報告】
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