(57)【要約】【課題】鋳造機に隣接して設置可能な小型に構成でき、かつ、生成される非鉄金属溶湯の品質が高く、かつ、加熱効率が高い非鉄金属溶解炉、非鉄金属溶解方法、及び非鉄金属溶解設備を提供することである。【解決手段】非鉄金属溶解炉１は、誘導磁界を用いて直接加熱することが可能な体積抵抗率となる温度である誘導磁界有効温度以上のアルミニウム溶湯（非鉄金属溶湯）Ｙを保持するとともにアルミニウム溶解原料（非鉄金属溶解原料）であるアルミインゴットＧが投入された溶解容器１０と、溶解容器を直接加熱することなく、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上のアルミニウム溶湯及び誘導磁界有効温度以上のアルミインゴットを誘導磁界を用いて直接加熱する誘導加熱コイル６０と、を有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導磁界を用いて、アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの非鉄金属、またはアルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの合金である非鉄合金、で構成された溶解原料である非鉄金属溶解原料を溶解するとともに前記非鉄金属溶解原料を溶解して得られる溶湯である非鉄金属溶湯を保持する非鉄金属溶解炉であって、
誘導磁界を用いて直接加熱することが可能な体積抵抗率となる温度である誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯を保持するとともに、当該非鉄金属溶湯に少なくとも一部が浸された状態となるように固体状態の前記非鉄金属溶解原料が投入され、かつ、誘導磁界にて直接加熱されることがない材質で形成された溶解容器と、
前記溶解容器に配置され、誘導磁界を用いて、前記溶解容器を直接加熱することなく、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯、または、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯及び前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶解原料、を直接加熱する誘導加熱コイルと、を有する、
非鉄金属溶解炉。
【請求項２】
請求項１に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記溶解容器の上部に設けられた開口である加熱用開口部と、
前記加熱用開口部を覆うように配置された蓋であって、誘導磁界を透過するとともに誘導磁界にて直接加熱されることがない材質で形成された蓋である加熱用開口蓋と、
前記加熱用開口蓋の上側に配置されるとともに前記加熱用開口蓋と一体とされて前記加熱用開口部を覆う前記誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルと前記加熱用開口蓋とが一体とされた第１コイルユニットを前記加熱用開口部に対して上下方向に移動させる上下移動手段と、を有する、
非鉄金属溶解炉。
【請求項３】
請求項２に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記第１コイルユニットと、前記溶解容器内の前記非鉄金属溶湯の溶湯面との間の距離を検出する対溶湯面距離計測手段と、
前記対溶湯面距離計測手段を用いて検出した距離に基づいて前記上下移動手段を制御して、前記溶湯面と前記第１コイルユニットとの上下方向の間隔を所定間隔に保持する制御手段と、を有する、
非鉄金属溶解炉。
【請求項４】
請求項１に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記誘導加熱コイルへの電力を制御する制御手段と、
前記溶解容器内に配置されるとともに、セラミックにて形成された筒体内に前記誘導加熱コイルを収容しかつ収容した前記誘導加熱コイルによる誘導磁界にて前記筒体を直接加熱することなく、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯、または、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯及び前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶解原料、を直接加熱する、単数または複数の第２コイルユニットと、を有する、
非鉄金属溶解炉。
【請求項５】
請求項１に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記誘導加熱コイルへの電力を制御する制御手段と、
絶縁体の支持部材に支持されて前記溶解容器の外周部に前記誘導加熱コイルが配置され、前記誘導加熱コイルによる誘導磁界にて、前記支持部材を直接加熱することなく、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯、または、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯及び前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶解原料、を直接加熱する第３コイルユニットと、を有する、
非鉄金属溶解炉。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記溶解容器内の前記非鉄金属溶湯の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段を用いて検出した温度が、前記誘導磁界有効温度以上の温度に設定された溶湯保持温度を維持するように、前記誘導加熱コイルへの電力を制御する、
非鉄金属溶解炉。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記溶解容器は、前記非鉄金属溶解原料が投入される原料投入容器部と、前記誘導加熱コイルが配置される誘導加熱容器部と、前記非鉄金属溶湯が汲出される溶湯汲出容器部とを有し、前記原料投入容器部と前記誘導加熱容器部とが連通され、前記誘導加熱容器部と前記溶湯汲出容器部とが連通されている、
非鉄金属溶解炉。
【請求項８】
請求項７に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記原料投入容器部及び前記溶湯汲出容器部は、前記誘導加熱コイルによる誘導磁界にて直接加熱される範囲である有効作用範囲から外れた位置に配置されている、
非鉄金属溶解炉。
【請求項９】
請求項７または８に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記原料投入容器部は、その上部に設けられた開口である投入用開口部を有し、前記投入用開口部には、断熱材で形成された蓋である投入用開口蓋が設けられ、
前記溶湯汲出容器部は、その上部に設けられた開口である汲出用開口部を有し、前記汲出用開口部には、断熱材で形成された蓋である汲出用開口蓋が設けられている、
非鉄金属溶解炉。
【請求項１０】
請求項７に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記溶解容器は、前記原料投入容器部と、前記誘導加熱容器部と、前記溶湯汲出容器部と、の少なくとも２つの容器部が共通の容器部とされており、
前記誘導加熱容器部と前記原料投入容器部とが前記共通の容器部とされている場合、
あるいは、前記誘導加熱容器部と前記溶湯汲出容器部とが前記共通の容器部とされている場合、
あるいは、前記誘導加熱容器部と前記原料投入容器部と前記溶湯汲出容器部とが前記共通の容器部とされている場合、
前記共通の容器部の位置に対する前記誘導加熱コイルの位置を相対的に移動させる相対移動手段を備えている、
非鉄金属溶解炉。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記溶解容器は、内壁から外壁に向かって内壁層、中間層、外壁層、の３層を少なくとも有しており、
前記内壁層は、セラミックにて形成され、
前記中間層は、断熱材にて形成され、
前記外壁層は、鉄よりも体積抵抗率が小さな金属または合金で形成されている、
非鉄金属溶解炉。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載された非鉄金属溶解炉であって、
前記誘導加熱コイルは、内部が空洞とされたパイプ状の金属または合金にて形成されており、
前記誘導加熱コイルの内部に冷却媒体を循環させる冷却媒体循環手段を備えている、
非鉄金属溶解炉。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載された非鉄金属溶解炉を用いた非鉄金属溶解方法であって、
前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯の量が所定量未満である場合、
前記誘導加熱コイルとは異なる加熱手段を用いて前記誘導磁界有効温度以上に加熱した前記非鉄金属溶解原料を前記溶解容器内に投入する、あるいは、前記溶解容器内に投入した前記非鉄金属溶解原料を前記誘導加熱コイルとは異なる加熱手段を用いて前記誘導磁界有効温度以上に加熱する、非誘導磁界加熱ステップと、
前記誘導加熱コイルを用いて、前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶解原料、または前記溶解容器内における前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶解原料及び前記誘導磁界有効温度以上の前記非鉄金属溶湯を、誘導磁界を用いて直接加熱する、誘導磁界直接加熱ステップと、を有する、
非鉄金属溶解方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載された非鉄金属溶解方法であって、
前記溶解容器内に所定量以上の前記非鉄金属溶湯を種湯として残し、前記種湯を、前記溶解容器内にて前記誘導磁界有効温度以上となるように前記誘導加熱コイルによる誘導磁界にて直接加熱して保持し、前記非鉄金属溶解原料を加熱することなく前記種湯に投入して溶解させる、
非鉄金属溶解方法。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載された非鉄金属溶解炉を用いた非鉄金属溶解設備であって、
前記非鉄金属溶湯を供給するべき鋳造機のそれぞれに対して、単数または複数の前記非鉄金属溶解炉が、それぞれの前記鋳造機に隣接する位置に配置されている、
非鉄金属溶解設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの非鉄金属、またはアルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの合金である非鉄合金、を溶解するとともに上記の非鉄金属または上記の非鉄合金を溶解して得られる非鉄金属溶湯を保持する非鉄金属溶解炉、及びこの非鉄金属溶解炉を用いた非鉄金属溶解方法、及びこの非鉄金属溶解炉を用いた非鉄金属溶解設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、大型集中炉を利用した金属供給システムが開示されている。この技術においては、大型集中炉でアルミニウム溶湯を大量に生成し、そのアルミニウム溶湯を要求に応じて各鋳造機に配送する。この種の溶湯供給方式には、つぎのような問題点がある。まず、アルミニウム溶湯を配送する際の溶湯からの放熱で多大なエネルギーロスが生じる。また、大型集中炉においてはスタートアップ時に多大な加熱エネルギーを要することから連続運転が基本であり、その連続運転に係るエネルギー消費が大きい。また、大型集中炉を建設する広大な敷地や溶湯の配送経路が必要であり、敷地の確保や設備の建設に多大な費用がかかる。
【０００３】
上述の問題点を解消するため、各鋳造機に隣接して設置可能な小型のアルミニウム溶解炉が提案されており、その例として特許文献２，３を挙げることができる。特許文献２に開示されたアルミニウム溶解炉では、耐熱性を有する溶解室にアルミニウム溶解原料を保持し、そのアルミニウム溶解原料にガスバーナの燃焼ガスを当てて当該アルミニウム溶解原料を溶解する。
【０００４】
特許文献３に開示された誘導加熱式アルミ溶解炉では、ステンレス製の釜にアルミニウム溶解原料を収容し、その釜の外周に誘導加熱コイルを巻回している。そして、誘導加熱コイルによって釜に誘導磁界を作用させて当該釜を加熱し、当該釜の熱によってアルミニウム溶解原料を加熱溶解する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０５１６２号公報
【特許文献２】特開２００５−６９５８１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２０５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１に開示された金属供給システムにおいては、溶湯配送時のエネルギーロスや連続運転によるエネルギー消費が大きく、また、敷地の確保や配送路の建設など設備コストがかさむ。そして、これらの問題点を解決した小型のアルミニウム溶解炉に関して、特許文献２に開示されたアルミニウム溶解炉においては、アルミニウム溶解原料が酸素や水分を含む燃焼ガスに曝されることで、溶け出したアルミニウム溶湯においては酸化物（皮膜）が生成したり水素ガスが混入したりして、溶湯の品質劣化を招く。また、特許文献３に開示された誘導加熱式アルミ溶解炉においては、アルミニウム溶解原料が燃焼ガスにさらされることを回避して溶湯の品質を高めることができるが、アルミニウム溶解原料が、誘導磁界で直接加熱されるのではなく釜を介して加熱されるため、加熱効率に欠ける。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決しようとするものであって、その目的は、鋳造機に隣接して設置可能な小型に構成でき、かつ、生成される非鉄金属溶湯の品質が高く、かつ、加熱効率が高い非鉄金属溶解炉、非鉄金属溶解方法、及び非鉄金属溶解設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。
【０００９】
本発明の非鉄金属溶解炉は、誘導磁界を用いて、アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの非鉄金属、またはアルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの合金である非鉄合金、で構成された溶解原料である非鉄金属溶解原料を溶解するとともに非鉄金属溶解原料を溶解して得られる溶湯である非鉄金属溶湯を保持する非鉄金属溶解炉であって、誘導磁界を用いて直接加熱することが可能な体積抵抗率となる温度である誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯を保持するとともに、当該非鉄金属溶湯に少なくとも一部が浸された状態となるように固体状態の非鉄金属溶解原料が投入され、かつ、誘導磁界にて直接加熱されることがない材質で形成された溶解容器と、溶解容器に配置され、誘導磁界を用いて、溶解容器を直接加熱することなく、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯、または、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯及び誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶解原料、を直接加熱する誘導加熱コイルと、を有する。
【００１０】
この構成においては、誘導磁界を用いて非鉄金属溶解原料を溶解することによって、非鉄金属溶解原料及びそこから溶け出した非鉄金属溶湯が例えばガスバーナの燃焼ガスに曝されることを回避して、非鉄金属溶湯の品質を高めることができる。また、非鉄金属溶解原料が浸されることで当該非鉄金属溶解原料の加熱源となっている非鉄金属溶湯、または、この非鉄金属溶湯及び溶解対象である非鉄金属溶解原料そのものを、誘導磁界を用いて直接加熱するため、誘導磁界によるこれらの非鉄金属溶湯及び非鉄金属溶解原料に対する加熱効率を高めることができ、結果として非鉄金属溶解原料を効率的に加熱溶解できる。
【００１１】
また、上述の構成においては、非鉄金属溶湯及び非鉄金属溶解原料を、誘導磁界を用いて直接加熱することから、加熱に必要な設備は誘導磁界を形成するための誘導加熱コイル及び当該誘導加熱コイルに電力を供給するための電源装置のみでよく、複雑な設備構成を要する等による加熱設備の大型化を回避できる。そのため、本発明の非鉄金属溶解炉は、鋳造機に隣接して設置可能な小型に構成できる。
【００１２】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。溶解容器の上部に設けられた開口である加熱用開口部と、加熱用開口部を覆うように配置された蓋であって、誘導磁界を透過するとともに誘導磁界にて直接加熱されることがない材質で形成された蓋である加熱用開口蓋と、加熱用開口蓋の上側に配置されるとともに加熱用開口蓋と一体とされて加熱用開口部を覆う誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルと加熱用開口蓋とが一体とされた第１コイルユニットを加熱用開口部に対して上下方向に移動させる上下移動手段と、を有する。
【００１３】
この構成においては、誘導加熱コイルが加熱用開口部に対して上下方向に移動可能であることから、誘導加熱コイルを移動させて当該誘導加熱コイルを溶解容器内の非鉄金属溶湯及び非鉄金属溶解原料に近い位置に配置して誘導磁界を形成できる。そのため、非鉄金属溶湯及び非鉄金属溶解原料に対する加熱効率を高めることができる。また、この構成において、加熱用開口部には加熱用開口蓋が設けられていることから、上述のようにして加熱効率を高めた上で尚且つ溶解容器内を保温できる。さらに、加熱用開口蓋を設けることで、非鉄金属溶湯が外部の空気に曝されることが防止されることから、当該溶湯における酸化物の生成及び水素ガスの混入を抑えて当該溶湯の品質を高めることができる。
【００１４】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。第１コイルユニットと溶解容器内の非鉄金属溶湯の溶湯面との間の距離を検出する対溶湯面距離計測手段と、対溶湯面距離計測手段を用いて検出した距離に基づいて上下移動手段を制御して、溶湯面と第１コイルユニットとの上下方向の間隔を所定間隔に保持する制御手段と、を有する。
【００１５】
この構成においては、非鉄金属溶湯の溶湯面と誘導加熱コイルとの間に所定の間隔を保ったまま当該誘導加熱コイルを当該溶湯面に追従させることができることから、当該溶湯面の高さに関わらず、同一の供給電力においては同一の誘導磁界を非鉄金属溶湯に作用させることができる。そのため、誘導磁界を通じてなされる非鉄金属溶湯の湯温調整に際する供給電力のコントロールが容易である。
【００１６】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。誘導加熱コイルへの電力を制御する制御手段を有する。また、溶解容器内に配置されるとともに、セラミックにて形成された筒体内に誘導加熱コイルを収容しかつ収容した誘導加熱コイルによる誘導磁界にて筒体を直接加熱することなく、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯、または、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯及び誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶解原料、を直接加熱する、単数または複数の第２コイルユニットを有する。
【００１７】
この構成においては、誘導加熱コイルがセラミックの筒体に収容されていることから、誘導加熱コイルを筒体ごと非鉄金属溶湯に浸漬させて、非鉄金属溶湯の表面からではなく、非鉄金属溶湯の内部から非鉄金属溶湯に誘導磁界を作用させて非鉄金属溶湯を加熱することができる。したがって、非鉄金属溶湯及びそれに浸される非鉄金属溶解原料に対する加熱効率を高めることができる。
【００１８】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。誘導加熱コイルへの電力を制御する制御手段を有する。また、絶縁体の支持部材に支持されて溶解容器の外周部に誘導加熱コイルが配置された第３コイルユニットを有する。第３コイルユニットは、誘導加熱コイルによる誘導磁界にて、支持部材を直接加熱することなく、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯、または、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯及び誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶解原料、を直接加熱する。
【００１９】
この構成においては、溶解容器の外周部に誘導加熱コイルが配置されていることから、例えば誘導加熱コイルを溶解容器の側方部の全周に亘って巻回状態に配置すれば、非鉄金属溶湯に対してその側方部の全周から誘導加熱を作用させて当該溶湯を加熱することができる。したがって、溶解容器の側方の全周からの誘導加熱によって、非鉄金属溶湯及びそれに浸される非鉄金属溶解原料に対する加熱効率を高めることができる。
【００２０】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。溶解容器内の非鉄金属溶湯の温度を検出する温度検出手段を備え、制御手段は、温度検出手段を用いて検出した温度が、誘導磁界有効温度以上の温度に設定された溶湯保持温度を維持するように、誘導加熱コイルへの電力を制御する。
【００２１】
この構成においては、誘導磁界有効温度以上の温度に設定された溶湯保持温度を維持するように誘導加熱コイルへの電力が制御されることから、例えば非鉄金属溶解原料を非鉄金属溶湯に投入した場合に、非鉄金属溶湯よりも低温である非鉄金属溶解原料が非鉄金属溶湯の温度を下げるように作用しても、非鉄金属溶湯の温度は溶湯保持温度に保たれる。
【００２２】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。溶解容器は、非鉄金属溶解原料が投入される原料投入容器部と、誘導加熱コイルが配置される誘導加熱容器部と、非鉄金属溶湯が汲出される溶湯汲出容器部とを有し、原料投入容器部と誘導加熱容器部とが連通され、誘導加熱容器部と溶湯汲出容器部とが連通されている。
【００２３】
この構成においては、原料投入容器部と誘導加熱溶器部と溶湯汲出容器部とが個別に設けられていることから、非鉄金属溶解原料の投入と、誘導加熱コイルによる非鉄金属溶解原料の加熱溶解と、非鉄金属溶湯の汲出しとを並行して行うことができる。そのため、例えば連続的に非鉄金属溶湯を生成する場合において、非鉄金属溶解原料を投入しながら当該非鉄金属溶解原料の加熱溶解と非鉄金属溶湯の汲出しとができ、作業効率がよい。
【００２４】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。原料投入容器部及び溶湯汲出容器部は、誘導加熱コイルによる誘導磁界にて直接加熱される範囲である有効作用範囲から外れた位置に配置されている。
【００２５】
この構成においては、原料投入容器部及び溶湯汲出容器部が誘導磁界の作用しない位置に配置されていることから、非鉄金属溶解原料の投入及び非鉄金属溶湯の汲出しを行う作業員の人体に対して磁界が影響しない。そのため、作業員の作業環境が安全である。
【００２６】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。原料投入容器部は、その上部に設けられた開口である投入用開口部を有し、投入用開口部には、断熱材で形成された蓋である投入用開口蓋が設けられ、溶湯汲出容器部は、その上部に設けられた開口である汲出用開口部を有し、汲出用開口部には、断熱材で形成された蓋である汲出用開口蓋が設けられている。
【００２７】
この構成においては、投入用開口部と汲出用開口部とにそれぞれ蓋が設けられていることから、これらの蓋によって溶解容器内を保温でき、かつ、溶解容器内の非鉄金属溶湯が外部の空気に曝されることを回避して当該溶湯の品質を高めることができる。
【００２８】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。溶解容器は、原料投入容器部と、誘導加熱容器部と、溶湯汲出容器部と、の少なくとも２つの容器部が共通の容器部とされており、誘導加熱容器部と原料投入容器部とが共通の容器部とされている場合、あるいは、誘導加熱容器部と溶湯汲出容器部とが共通の容器部とされている場合、あるいは、誘導加熱容器部と原料投入容器部と溶湯汲出容器部とが共通の容器部とされている場合、共通の容器部の位置に対する誘導加熱コイルの位置を相対的に移動させる相対移動手段を備えている。
【００２９】
この構成においては、原料投入容器部と、誘導加熱容器部と、溶湯汲出容器部と、の少なくとも２つの容器部が共通化されていることから、その分、容器部が少なくとも１つ削減される。したがって、溶解容器をコンパクトにできる。
【００３０】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。溶解容器は、内壁から外壁に向かって内壁層、中間層、外壁層、の３層を少なくとも有しており、内壁層は、セラミックにて形成され、中間層は、断熱材にて形成され、外壁層は、鉄よりも体積抵抗率が小さな金属または合金で形成されている。
【００３１】
この構成においては、セラミックにて形成された内壁層によって、非鉄金属溶湯に対する耐熱性が確保される。また、断熱材にて形成された中間層によって、非鉄金属溶湯の熱を溶解容器の外部と遮断できる。そして、万一、内壁層と中間層とにヒビが入って非鉄金属溶湯が漏れ出した場合でも、鉄よりも抵抗値の小さい金属または合金で形成された外壁層によって、溶解容器の外部に非鉄金属溶が湯漏れ出すことが防止される。なお、外壁層は、体積抵抗率が鉄よりも小さいため、誘導磁界の作用で加熱されることがない。
【００３２】
本発明の非鉄金属溶解炉において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。誘導加熱コイルは、内部が空洞とされたパイプ状の金属または合金にて形成されている。また、誘導加熱コイルの内部に冷却媒体を循環させる冷却媒体循環手段を備えている。
【００３３】
この構成においては、誘導加熱コイルの内部に冷却媒体を循環させるため、誘導加熱コイルの温度上昇を抑制し、当該誘導加熱コイルの体積抵抗値の増加に伴うエネルギー効率の低下や誘導加熱コイルの破損を回避できる。
【００３４】
本発明の非鉄金属溶解方法は、上述した非鉄金属溶解炉を用いたものである。この非鉄金属溶解方法は、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯の量が所定量未満である場合、誘導加熱コイルとは異なる加熱手段を用いて誘導磁界有効温度以上に加熱した非鉄金属溶解原料を溶解容器内に投入する、あるいは、溶解容器内に投入した非鉄金属溶解原料を誘導加熱コイルとは異なる加熱手段を用いて誘導磁界有効温度以上に加熱する、非誘導磁界加熱ステップと、誘導加熱コイルを用いて、溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶解原料、または溶解容器内における誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶解原料及び誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯を、誘導磁界を用いて直接加熱する、誘導磁界直接加熱ステップと、を有する。
【００３５】
この構成においては、非鉄金属溶解原料の加熱源となる誘導磁界有効温度以上の非鉄金属溶湯の量が少ない場合、誘導加熱コイルとは異なる加熱手段を用いて非鉄金属溶解原料を予め誘導磁界加熱温度以上に加熱した上で、この非鉄金属溶解原料を、誘導磁界を用いて直接加熱することから、誘導磁界による非鉄金属溶解原料に対する加熱効率を高めることができる。そのため、非鉄金属溶解原料を効率的に加熱溶解できる。
【００３６】
本発明の非鉄金属溶解方法において、より好ましくは、つぎのような構成を採用することである。溶解容器内に所定量以上の非鉄金属溶湯を種湯として残し、この種湯を、溶解容器内にて誘導磁界有効温度以上となるように誘導加熱コイルによる誘導磁界にて直接加熱して保持する。そして、非鉄金属溶解原料を加熱することなく種湯に投入して溶解させる。
【００３７】
この構成においては、非鉄金属溶解原料の加熱源となる非鉄金属溶湯が種湯として残され、かつ、当該種湯が、誘導磁界が作用する状態に保持されていることから、次回の溶解工程においては非鉄金属溶解原料を誘導磁界有効温度以上に加熱する工程が省かれる。そのため、例えば間欠的に非鉄金属溶湯を生成する場合においては、このようにして種湯を残すようにすれば、２回目以降の溶解処理のスタートアップを短縮でき、作業効率がよい。
【００３８】
本発明の非鉄金属溶解設備は、上述の非鉄金属溶解炉を用いたものである。この非鉄金属溶解設備においては、非鉄金属溶湯を供給するべき鋳造機のそれぞれに対して、単数または複数の非鉄金属溶解炉が、それぞれの鋳造機に隣接する位置に配置されている。
【００３９】
この構成においては、適宜の個数の非鉄金属溶解炉がそれぞれの鋳造機に隣接して配置されることから、例えば複数の非鉄金属溶解炉を特定の鋳造機に隣接して配置し、それらの非鉄金属溶解炉で並行、かつ連続して非鉄金属溶湯を生成し、生成した溶湯をすぐに隣り合った当該特定の鋳造機に供給することで、当該特定の鋳造機で必要となる非鉄金属溶湯を当該特定の鋳造機に対して効率よく供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】アルミニウム及び鉄に関して、体積抵抗率と温度との関係の例を表した図。
【図２】非鉄金属溶解炉を表した斜視図。
【図３】非鉄金属溶解炉を表した上面図。
【図４】図３におけるIV-IV矢視方向の断面図。
【図５】図３におけるV-V矢視方向の断面図。
【図６】非鉄金属溶解炉を有する非鉄金属溶解設備の例を表した上面図。
【図７】非鉄金属溶解炉の変更例を表した斜視図。
【図８】非鉄金属溶解炉の変更例を表した斜視図。
【図９】非鉄金属溶解炉の変更例を表した断面図。
【図１０】図９に示す非鉄金属溶解炉を表した上面図。
【図１１】図９の仮想線XIの領域を拡大して表した図。
【図１２】非鉄金属溶解炉の変更例を表した断面図。
【図１３】非鉄金属溶解炉の変更例を表した断面図。
【図１４】非鉄金属溶解炉の変更例を表した断面図。
【図１５】非鉄金属溶解炉の変更例を表した断面図。
【図１６】誘導加熱コイルの詳細構造を表した図。
【図１７】誘導加熱コイルの構造の変更例を表した図。
【図１８】誘導加熱コイルの構造の変更例を表した図。
【図１９】誘導加熱コイルの構造の変更例を表した図。
【図２０】図９の仮想線XXの領域を拡大して表した図。
【図２１】アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、及び鉄鋼に関して、体積抵抗率と温度との関係の例を表した図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の非鉄金属溶解炉においては、アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの非鉄金属、または、アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは亜鉛のいずれかの合金である非鉄合金、で構成された溶解原料である非鉄金属溶解原料が溶解されるとともに、この非鉄金属溶解原料を溶解して得られる溶湯である非鉄金属溶湯が保持される。以下では、非鉄金属であるアルミニウムによって構成された非鉄金属溶解原料であるアルミニウム溶解原料及び当該アルミニウム溶解原料を溶解して得られる非鉄金属溶湯であるアルミニウム溶湯を例として、非鉄金属溶解炉を説明する。
【００４２】
●[アルミニウムにおける体積抵抗率と温度との関係（図１）]
図１は、アルミニウム及び鉄における体積抵抗率と温度との関係の例を示すグラフである。図１からわかるように、鉄の常温（約２５［℃］）での体積抵抗率は約１２［μΩｃｍ］である。この体積抵抗率においては誘導磁界が有効に作用する（誘導磁界を用いて直接加熱することができる）ため、鉄は、誘導加熱コイルを用いたＩＨ調理器具等にて広く利用されている。一方、アルミニウムの常温での体積抵抗率は約２［μΩｃｍ］であり、鉄と比較して非常に小さい。この体積抵抗率においては誘導磁界が有効に作用しない（誘導磁界を用いて直接加熱することが非常に困難である）ため、アルミニウムは、ＩＨ調理器具等にて利用されていない。このように、一般的には、鉄は誘導磁界で直接加熱できるが、アルミニウムは誘導磁界で直接加熱することができない、と考えられている。
【００４３】
しかし図１に示すように、アルミニウムは、その体積抵抗率が常温では小さいが、加熱されると徐々にその体積抵抗率が増加する。そして、アルミニウムは、約４００［℃］まで加熱されると、常温での鉄に近い約８［μΩｃｍ］程度まで体積抵抗率が上昇し、誘導磁界が有効に作用するようになる（誘導磁界を用いて直接加熱できるようになる）。アルミニウムは、約５００［℃］まで加熱されると、常温での鉄と同等の約１２［μΩｃｍ］の体積抵抗率となり、常温の鉄と同様、誘導磁界で直接加熱することが充分にできる。
【００４４】
本実施形態では、アルミニウムが約４００［℃］まで加熱されると誘導磁界が有効に作用する（誘導磁界を用いて直接加熱できる）性質を利用して、約４００［℃］以上の温度に加熱したアルミニウムを誘導加熱コイルからの誘導磁界にて直接加熱する（後述参照）。なお、約４００［℃］未満の温度のアルミニウムには誘導磁界が有効に作用しない（誘導磁界で直接加熱することは非常に困難である）ので、この場合は、後で説明するように、ガスバーナ等の誘導加熱コイルとは異なる加熱手段を用いて、あるいは、図２〜図５を用いて説明する原料投入容器部２０の予熱作業（後述参照）を通じて、アルミニウムを例えば４００［℃］程度まで加熱する。そして約４００［℃］程度まで加熱した後は、ガスバーナ等を停止して、誘導加熱コイルによって加熱する。
【００４５】
なお、純粋なアルミニウムの融点は約６６０［℃］であるが、アルミダイキャストで用いるアルミニウムには許容範囲内の不純物が含有されており、約６２０［℃］で融解する。そこで、例えば４００［℃］以上にガスバーナ等で加熱したアルミニウムを、誘導加熱コイルを用いて約６２０［℃］以上に加熱してアルミニウム溶湯にする。なお、酸化等の品質劣化を回避するために、アルミニウム溶湯は６２０［℃］以上かつ７２０［℃］以下の温度に維持することが好ましい。
【００４６】
以下の説明においては、誘導磁界が有効に作用する（誘導磁界にて直接加熱できる）体積抵抗率となるアルミニウムの温度（例えば約４００［℃］）を、誘導磁界有効温度と記す。なお、誘導磁界有効温度は、約４００［℃］に限定されるものではなく、誘導磁界を用いてアルミニウムを直接加熱することができる約４００［℃］〜約７２０［℃］の範囲の温度であればよい。上述のように、アルミダイキャストで用いるアルミニウムには許容範囲内の不純物が含有されており、誘導磁界有効温度となる約４００［℃］でアルミニウムはバター状（半凝固状態）である。
【００４７】
●[非鉄金属溶解炉の構成（図２〜図５）]
図２に示す非鉄金属溶解炉１は、個々の鋳造機に隣接して設置できる小型サイズに構成されている。この非鉄金属溶解炉１は、溶解容器１０、誘導加熱コイル６０、高周波交流電源装置９０、溶湯面追従装置７０、ガスバーナＢ（図４参照）、温度センサＴ（図４，５参照）等を備えている。
【００４８】
溶解容器１０は、例えば耐火モルタルといった断熱材で形成され、誘導磁界が有効に作用しない材質（誘導磁界にて直接加熱されることがない材質）で形成されている。この溶解容器１０は、誘導磁界有効温度以上の温度のアルミニウム溶湯Ｙ（図４，５参照）を保持可能である。また、この溶解容器１０には、アルミニウム溶湯Ｙに少なくとも一部が浸された状態となるように例えばアルミインゴットＧ（図４参照）といった固体状態のアルミニウム溶解原料が投入される。なお、この溶解容器１０の外形寸法は、幅、奥行き、高さに関してそれぞれ約１〜２ｍ程度である。
【００４９】
溶解容器１０は、アルミニウム溶解原料が投入される原料投入容器部２０と、投入されたアルミニウム溶解原料を誘導加熱する誘導加熱容器部３０と、アルミニウム溶湯Ｙが汲出される溶湯汲出容器部４０と、を有している（図２〜図５参照）。そして、原料投入容器部２０と誘導加熱容器部３０とは第１連通路５２によって連通され、誘導加熱容器部３０と溶湯汲出容器部４０とは第２連通路５４によって連通されている。なお、第１連通路５２及び第２連通路５４によって繋がれた原料投入容器部２０と誘導加熱容器部３０と溶湯汲出容器部４０とは、平面視で略Ｕ字状に構成され、誘導加熱容器部３０は原料投入容器部２０と溶湯汲出容器部４０とに対してＵ字の底位置に配置されている（図３参照）。
【００５０】
例えば、誘導加熱容器部３０の底部は原料投入容器部２０の底部よりも低く設定されている（図４参照）。そして、原料投入容器部２０と第１連通路５２との底部は誘導加熱容器部３０の底部に向けて連続的に傾斜している。また、溶湯汲出容器部４０の底部は誘導加熱容器部３０の底部よりも低く設定されている（図５参照）。そして、誘導加熱容器部３０と第２連通路５４との底部は溶湯汲出容器部４０に向けて連続的に傾斜している。誘導加熱容器部３０の底部は、原料投入容器部２０側が略水平であり（図４参照）、溶湯汲出容器部４０側が傾斜している（図５参照）。なお、いずれの容器部も、底部の高さを同等に設定してもよい。
【００５１】
原料投入容器部２０は、その上部に設けられた開口である投入用開口部２２を有し（図２参照）、この投入用開口部２２には、例えば耐火モルタルといった断熱材で形成された蓋である投入用開口蓋２８が設けられている（図３，４参照）。また、溶湯汲出容器部４０は、その上部に設けられた開口である汲出用開口部４２を有し（図２参照）、この汲出用開口部４２には、例えば耐火モルタルといった断熱材で形成された蓋である汲出用開口蓋４８が設けられている（図３，５参照）。これらの各開口蓋２８，４８は各開口部２２，４２を個々に開閉可能である。なお、図２においては、投入用開口蓋２８及び汲出用開口蓋４８の図示を省略している。
【００５２】
誘導加熱容器部３０は、その上部に設けられた開口である加熱用開口部３２を有し（図２〜図５参照）、この加熱用開口部３２には、当該加熱用開口部３２を覆うように配置され尚且つ誘導磁界が有効に作用しない材質（誘導磁界を透過するとともに誘導磁界にて直接加熱されることがない材質）で形成された蓋である加熱用開口蓋３８と、この加熱用開口蓋３８の上側に配置され尚且つ当該加熱用開口蓋３８と一体とされて加熱用開口部３２を覆う誘導加熱コイル６０と、が設けられている（図４，５参照）。なお、誘導加熱コイル６０と加熱用開口蓋３８とは一体とされて第１コイルユニットＵを形成している。加熱用開口蓋３８は例えば耐火モルタルといった断熱材で形成され、例えば厚さが約５０ｍｍである。
【００５３】
誘導加熱コイル６０は、給電線９２を通じて高周波交流電源装置９０に接続されている（図３〜図５参照）。この高周波交流電源装置９０から誘導加熱コイル６０への電力供給をオンにすると、誘導加熱コイル６０は図３の仮想線で示す有効作用範囲Ａに誘導磁界を形成する。そして後述するように、誘導加熱コイル６０は、この有効作用範囲Ａにある誘導磁界有効温度以上のアルミニウム溶湯Ｙ、または、当該アルミニウム溶湯Ｙ及び誘導磁界有効温度以上のアルミインゴットＧを、誘導磁界を用いて直接加熱する。
【００５４】
誘導加熱コイル６０は、高周波交流電源装置９０から延びる給電線９２が後述のようにして上下移動するのに伴って、加熱用開口部３２を覆ったまま加熱用開口蓋３８とともに加熱用開口部３２を通じて上下に移動可能である。この移動によって、誘導加熱コイル６０は、溶解容器１０内におけるアルミニウム溶湯Ｙの溶湯面に近い位置に移動でき、その近い位置で誘導磁界を形成できる。これによって、アルミニウム溶湯Ｙに対する加熱の効率を高めることができる。
【００５５】
高周波交流電源装置９０は溶解容器１０に隣接して配置されている（図２〜図５参照）。高周波交流電源措置９０は、その外形寸法が、幅、奥行き、高さに関してそれぞれ約１〜２ｍ程度である。高周波電源装置９０から供給する電力の周波数は例えば１０ＫＨｚであり、この周波数においては誘導加熱コイル６０が形成する誘導磁界によって適切な表皮効果を得ることができる。なお、図２〜図５及び後で説明する図６において、高周波交流電源装置９０はその一部のみが図示されている。なお、高周波交流電源装置９０から加熱コイル６０に供給される電力は、後述する制御手段７２にて制御される。
【００５６】
溶湯面追従装置７０（図３〜図５参照）は、例えば加熱用開口蓋３８の下面に取付けられた対溶湯面距離計測手段である液面センサＫと、給電線９２及び第１コイルユニットＵを加熱用開口部３０に対して上下方向に移動可能に支持する上下移動手段である可動支持体８０と、この可動支持体８０を通じて給電線９２及び第１コイルユニットＵの上下方向の位置を制御する制御手段７２と、を備えている。この溶湯面追従装置７０では、第１コイルユニットＵがアルミニウム溶湯Ｙの溶湯面に追従するように設定されている。詳述すると、この溶湯面追従装置７０では、液面センサＫが自身と溶湯面との間の距離を計測する（なお、液面センサからの検出信号に基づいて制御手段にて距離に換算してもよい）。そして、計測した距離に基づいて、制御手段７２が可動支持体８０を通じて給電線９２及び第１コイルユニットＵを上下動させる。なお、制御手段７２は、誘導加熱コイル６０の底面とアルミニウム溶湯Ｙの溶湯面との間の距離を例えば１５０〜２００ｍｍの寸法に保つように給電線９２及び第１コイルユニットＵを移動させる。
【００５７】
溶湯面追従装置７０において、可動支持体８０と制御手段７２とは、例えば高周波交流電源装置９０に取付けられている。これらの可動支持体８０と制御手段７２との設置位置、及び、液面センサＫの設置位置は、上述の設置位置に限定されるものではなく、上述と同様に機能すれば何処に設置されていてもよい。
【００５８】
ガスバーナＢは、誘導加熱コイル６０とは異なる加熱手段であり、例えば原料投入容器部２０に設けられている（図４参照）。
【００５９】
温度検出手段である温度センサＴは、原料投入容器部２０、誘導加熱容器部３０、及び溶湯汲出容器部４０にそれぞれ設けられている（図４，５参照）。これらの温度センサＴは、アルミニウム溶湯Ｙの湯温を計測可能である。そして上述の制御手段７２は、温度センサＴを用いて検出したアルミニウム溶湯Ｙの温度が目標温度（溶湯保持温度に相当し、例えば６４０［℃］）となるように、誘導加熱コイル６０に供給する電力を制御する。
【００６０】
非鉄金属溶解炉１は以上のように構成されている。この構成においては、後述の非鉄金属溶解方法で説明するように、誘導磁界を用いてアルミインゴットＧ（アルミニウム溶解原料）を溶解することによって、アルミインゴットＧ及びそこから溶け出したアルミニウム溶湯Ｙが例えばガスバーナの燃焼ガスに曝されることを回避して、アルミニウム溶湯Ｙの品質を高めることができる。また、アルミニウム溶解原料が常温等の比較的低温である場合、当該アルミニウム溶解原料は誘導磁界で直接加熱することができないが、当該アルミニウム溶解原料は誘導磁界有効温度以上のアルミニウム溶湯に浸すことで、そのアルミニウム溶湯からの熱伝達を通じて加熱することができる。そしてアルミニウム溶湯にて誘導加熱温度以上に加熱されたアルミニウム溶解原料は、やがて誘導磁界にて直接加熱されるようになる。このように、釜（溶解容器）を加熱することなく、アルミニウムを誘導加熱にて直接加熱するので、誘導磁界にて釜を加熱して釜の熱でアルミニウムを溶解している特開２０１１−２２０５９８号公報と比較して、より効率よく加熱することができる。
【００６１】
また、非鉄金属溶解炉１の構成においては、アルミニウム溶湯Ｙ及びアルミインゴットＧに対して直接誘導磁界を作用させる（誘導磁界にて直接加熱する）ことから、加熱に必要な設備は誘導磁界を形成するための誘導加熱コイル６０及び当該誘導加熱コイル６０に電力を供給するための高周波交流電源装置９０のみでよく、複雑な設備構成を要する等による加熱設備の大型化を回避できる。そのため、この非鉄金属溶解炉１は、鋳造機に隣接して設置可能な小型に構成できる。
【００６２】
●[非鉄金属溶解方法（図１〜図５）]
つづいて、非鉄金属溶解炉１を用いた非鉄金属溶解方法について説明する。いま、溶解容器１０（図２参照）内にはアルミニウム溶湯Ｙが皆無であるものとする。この状態において、まず、ガスバーナＢ（図４参照）を作動させて、原料投入容器部２０を予熱する。この予熱が、前述した原料投入容器部２０の予熱作業である。原料投入容器部２０と、この後投入するアルミインゴットＧとでは、熱膨張率が異なるため、原料投入容器部２０の予熱を行うことなくアルミインゴットＧを原料投入容器部２０に投入すると、アルミインゴットＧが延びて突っ張り、原料投入容器部２０を破壊する可能性がある。そのため、原料投入容器部２０を予熱して膨張させておくことが好ましい。
【００６３】
原料投入容器部２０を予熱した後、当該原料投入容器部２０に固体状態にある例えば約１０ｋｇ程度のアルミインゴットＧ（図４参照）を手動もしくは自動で投入する。
【００６４】
この後、原料投入容器部２０でガスバーナＢ（図４参照）を作動させて、アルミインゴットＧをアルミニウムの融点である６２０［℃］以上に加熱し当該インゴットＧを溶解させる。アルミインゴットＧは、ガスバーナＢの熱と、予熱された原料投入容器部２０の熱とで加熱される。アルミインゴットＧから溶け出したアルミニウム溶湯Ｙは、原料投入容器部２０から誘導加熱容器部３０へ流れ、さらに溶湯汲出容器部４０へと流れていくが、嵩が増えるにつれて徐々に原料投入容器部２０にも溜まる。こうして溶解容器１０内に溜まったアルミニウム溶湯Ｙは、この後投入される生産用のアルミインゴットＧを溶解させる種湯となる。溶解容器１０内に投入したアルミインゴットＧを誘導加熱コイル６０とは異なる加熱手段（ガスバーナＢ等）を用いて誘導磁界有効温度以上に加熱するこのステップが、本発明の「誘導磁界直接加熱ステップ」に相当する。なお、アルミインゴットＧを溶解させた後（種湯を生成した後）、ガスバーナＢは停止される。
【００６５】
この後、制御手段７２を介して高周波交流電源装置９０からの電力供給をオンにし、誘導加熱コイル６０によって誘導磁界を形成する。誘導加熱コイル６０は、誘導加熱容器部３０を含んだ有効作用範囲Ａ（図３参照）に誘導磁界を形成する。これにより、有効作用範囲Ａ内のアルミニウム溶湯Ｙが誘導磁界にて直接加熱され、上述のようにして得られたアルミニウム溶湯Ｙ（種湯）の湯温が維持される。
【００６６】
こうしてアルミニウム溶湯Ｙ（種湯）の湯温を維持した状態で、例えば約２５ｋｇ程度のアルミインゴットＧ（図４参照）を原料投入容器部２０に投入する。投入されたアルミインゴットＧは、その各々のインゴット塊の少なくとも一部がアルミニウム溶湯Ｙに浸された状態になる。なお、これら投入されたアルミインゴットＧは溶解容器１０内のアルミニウム溶湯Ｙよりも温度が低いため、当該アルミニウム溶湯Ｙの温度を下げるように作用する。そのため、アルミインゴットＧの投入に際しては、供給電力を適宜変更してアルミニウム溶湯Ｙが誘導磁界有効温度よりも下がらないように注意するべきであるが、溶湯保持温度を維持するように制御手段が自動的に供給電力を制御するので、作業員は特に心配する必要は無い。なお、アルミインゴットＧを予め誘導磁界有効温度以上まで加熱してから原料投入容器部２０に投入してもよい。
【００６７】
原料投入容器部２０に投入されたアルミインゴットＧは、当該原料投入容器部２０に溜まっているアルミニウム溶湯Ｙによって加熱される。アルミニウムは熱伝導率が高いことから、アルミインゴットＧはその一部のみがアルミニウム溶湯Ｙに浸った状態であっても当該インゴットＧは全体が効率よく加熱され溶解に至る。なお、原料投入容器部２０に投入されるアルミインゴットＧの中には、溶解に至る前に有効作用範囲Ａにある第１連通路５２部分もしくは誘導加熱容器部３０まで押し込まれ、それらの個所（有効作用範囲Ａにある第１連通路５２部分もしくは誘導加熱容器部３０）にてアルミニウム溶湯Ｙによって誘導磁界有効温度以上まで加熱されるものもある。このようなアルミインゴットＧは、それ自体が誘導加熱コイル６０の誘導磁界にて直接加熱される。
【００６８】
このようにしてアルミインゴットＧの加熱源であるアルミニウム溶湯Ｙ及び溶解対象であるアルミインゴットＧそのものに対して直接誘導磁界を作用させる（誘導磁界にて直接加熱する）ことで、誘導磁界によるこれらのアルミニウム溶湯Ｙ及びアルミインゴットＧに対する加熱効率を高めることができ、結果としてアルミインゴットＧを効率的に加熱溶解できる。なお、誘導加熱コイル６０を用いて、溶解容器１０内における誘導磁界有効温度以上のアルミインゴットＧ及びアルミニウム溶湯Ｙに誘導磁界を直接作用させる（誘導磁界にて直接加熱する）ステップが、本発明の「誘導磁界直接加熱ステップ」に相当する。
【００６９】
上述したアルミインゴットＧの加熱溶解においては、アルミニウム溶湯Ｙの湯温を調整しつつ当該加熱溶解を継続する。アルミインゴットＧが加熱溶解されてアルミニウム溶湯Ｙの嵩が増える際、制御手段７２は、アルミニウム溶湯Ｙの溶湯面と、誘導加熱コイル６０（第１コイルユニットＵ）との間隔が、例えば１５０〜２００［ｍｍ］に維持されるように、溶湯面追従装置７０の可動支持体８０（図４,図５参照）を制御する。これにより、アルミニウム溶湯Ｙの嵩が増えても、同一の供給電力においては同一の誘導磁界をアルミニウム溶湯Ｙに作用させることができる。また、アルミニウム溶湯Ｙの温度は、制御手段７２によって溶湯保持温度に自動的に調整される。
【００７０】
アルミインゴットＧの溶解後においては、アルミニウム溶湯Ｙを汲出しに適した湯温に調整しつつ、当該アルミニウム溶湯Ｙを溶湯汲出容器部４０から例えばラドルで汲出して鋳造機（図示省略）に供給する。アルミニウム溶湯Ｙを汲出すことで当該溶湯Ｙの嵩が減る際も、制御手段が、アルミニウム溶湯Ｙの溶湯面と、誘導加熱コイル６０（第１コイルユニットＵ）との間隔が、例えば１５０〜２００［ｍｍ］に維持されるように、溶湯面追従装置７０（図４、５参照）を制御する。また、アルミニウム溶湯Ｙの温度は、制御手段７２によって溶湯保持温度に自動的に調整される。
【００７１】
なお、アルミニウム溶湯Ｙは全てを汲出さず一部（所定量以上）を種湯として残し、当該残したアルミニウム溶湯Ｙを誘導磁界有効温度以上となるように誘導磁界にて加熱し保持することが好ましい。種湯として残したアルミニウム溶湯Ｙは、次回のアルミインゴットＧの溶解を行うために用いられる。所定量以上の種湯を残している場合では、次回のアルミインゴットＧを投入する際、アルミインゴットＧをガスバーナ等の誘導加熱コイル６０とは異なる加熱手段を用いて誘導磁界有効温度以上に加熱する工程が省かれ、常温のアルミインゴッドＧが加熱されることなく種湯に投入される。投入されたアルミインゴットは、上述したように、種湯によって誘導磁界有効温度以上となるまで加熱された後、誘導磁界によって直接加熱される。例えば、間欠的にアルミニウム溶湯Ｙを生成する場合においては、このようにして種湯を残すようにすれば、溶解処理のスタートアップを短縮でき作業効率がよい。
【００７２】
以上が本発明の非鉄金属溶解方法における溶解工程である。なお、アルミニウム溶湯Ｙを次回の種湯として残す場合、当該アルミニウム溶湯Ｙは誘導磁界有効温度以上（４００［℃］以上）で管理しておけばよく、完全な溶解状態（６２０［℃］以上）で管理する必要はない。アルミニウム溶湯Ｙを誘導磁界有効温度近傍にて管理すれば、当該アルミニウム溶湯Ｙを完全な溶解状態で管理する場合に比べて高周波交流電源装置９０からの供給電力を節約できる。
【００７３】
上述した一連の溶解工程において、アルミインゴットＧの溶解容器１０への投入に際しては、投入用開口部２２にて投入用開口蓋２８（図４参照）を開けてアルミインゴットＧを投入した後、当該投入用開口蓋２８を閉めることが好ましい。また、生成されたアルミニウム溶湯Ｙの汲出しに際しては、汲出用開口部４２にて汲出用開口蓋４８（図５参照）を開けてアルミニウム溶湯Ｙを汲出した後、当該汲出用開口蓋４８を閉めることが好ましい。このようにして常時各蓋２８，４８を閉めておくことで、溶解容器１０内を保温でき、かつ、アルミニウム溶湯Ｙが外部の空気に曝されることを防止して当該アルミニウム溶湯Ｙ中に酸化物や水素化合物が生成されるのを抑えることができる。なお、これらの投入用開口部２２及び汲出用開口部４２に加え、加熱用開口部３２においても加熱用開口蓋３８による閉鎖が施されていることから、溶解容器１０内の保温と、アルミニウム溶湯Ｙの品質維持とがより一層図られる。
【００７４】
アルミニウム溶湯Ｙの品質維持に関して、アルミインゴットＧの溶解途中もしくは溶解後に投入用開口部２２から溶解容器１０内に窒素やアルゴン等の不活性ガスを投入してもよい。これによって、アルミニウム溶湯Ｙ中に酸化物や水素化合物が生成されることを抑制し、さらに当該アルミニウム溶湯Ｙの品質を維持することができる。不活性ガスが投入される際、第１連通路５２の上壁５２ａ（図４参照）、加熱用開口蓋３８の下面、第２連通路５４の上壁５４ａ（図５参照）、及び汲出用開口蓋４８の下面と、アルミニウム溶湯Ｙの溶湯面と、の間に不活性ガスが通過可能な隙間があれば、当該不活性ガスがこの隙間を通ってアルミニウム溶湯Ｙの溶湯面全体に行きわたり、当該不活性ガスの投入がより効果的である。
【００７５】
なお、図２〜図５に示すように、非鉄金属溶解炉１においては原料投入容器部２０と誘導加熱容器部３０と溶湯汲出容器部４０とが個別に設けられていることから、当該非鉄金属溶解炉１ではアルミインゴットＧの投入と、誘導加熱コイル６０によるアルミインゴットＧの加熱溶解と、アルミニウム溶湯Ｙの汲出しとを並行して行うことができる。そのため、例えば連続的にアルミニウム溶湯Ｙを生成する場合においては、アルミインゴットＧを投入しながら当該アルミインゴットＧの加熱溶解とアルミニウム溶湯Ｙの汲出しとができ、作業効率がよい。なお、図３に示すように、原料投入容器部２０及び溶湯汲出容器部４０は誘導磁界が作用しない位置（誘導磁界にて直接加熱される範囲である有効作用範囲Ａから外れた位置）に配置されていることから、誘導加熱コイル６０が誘導磁界を形成したままであっても、アルミインゴットＧの投入及びアルミニウム溶湯Ｙの汲出しを行う作業員の人体に対して磁界が影響しない。そのため、作業員の作業環境は安全である。
【００７６】
ところで、上述した溶解工程初期のように溶解容器１０内に種湯となるアルミニウム溶湯Ｙが皆無である場合はもちろん、アルミニウム溶湯Ｙを次回の溶解工程の種湯として残した場合であっても、当該アルミニウム溶湯ＹがアルミインゴットＧの加熱源として機能するのに十分な量だけ溶解容器１０内に保持されていない場合には、まず種湯となるアルミニウム溶湯Ｙを生成する必要がある。上述の溶解工程においては、アルミインゴットＧをその融点温度以上までガスバーナＢで加熱して種湯を生成していた。しかし、アルミインゴットＧを誘導磁界有効温度までガスバーナＢで加熱し、その後、誘導加熱コイル６０による誘導磁界を当該アルミインゴットＧに直接作用させて種湯となるアルミニウム溶湯Ｙを生成してもよい。また、ガスバーナ等、誘導加熱コイルとは異なる加熱手段にて予め誘導磁界有効温度以上に加熱されたアルミインゴットＧを原料投入容器部２０へ投入し、当該アルミインゴットＧを有効作用範囲Ａまで押し込んで、誘導加熱コイル６０による誘導磁界を当該アルミインゴットＧに直接作用させて種湯となるアルミニウム溶湯Ｙを生成してもよい。これらの工程において、溶解容器１０内に投入したアルミインゴットＧを誘導加熱コイル６０とは異なる加熱手段（例えばガスバーナＢ）を用いて誘導磁界有効温度以上に加熱する、あるいは、誘導加熱コイル６０とは異なる加熱手段を用いて誘導磁界有効温度以上に加熱したアルミインゴットＧを溶解容器１０内に投入するステップが、本発明の「非誘導磁界直接加熱ステップ」に相当する。そしてその後、誘導磁界有効温度以上に加熱したアルミインゴットＧ、または当該アルミインゴットＧ及びそこから溶け出したアルミニウム溶湯Ｙ、に対して誘導磁界を直接作用させてアルミニウム溶湯Ｙを生成するステップが、本発明の「誘導磁界直接加熱ステップ」に相当する。
【００７７】
●[非鉄金属溶解設備（図６）]
つぎに、非鉄金属溶解炉１を用いた非鉄金属溶解設備について、図６を主に用いて説明する。図６に示す非鉄金属溶解設備４００においては、アルミニウム溶湯Ｙ（図４参照）を供給するべき鋳造機１００に対して２つの非鉄金属溶解炉１が当該鋳造機１００に隣接して配置されている。なお、図６において、図２〜図５と同一もしくは均等な構成・機能を有すると考えられる部分には、図２〜図５と同一の符号を付すことで重複する説明は省略する。
【００７８】
この非鉄金属溶解設備４００においては、各非鉄金属溶解炉１の原料投入容器部２０に自動でアルミインゴットＧ（図４参照）を投入可能な原料投入装置２００が個別に設けられている。また、この非鉄金属溶解設備４００においては、各非鉄金属溶解炉１の溶湯汲出容器部４０から自動でアルミニウム溶湯Ｙ（図４参照）を汲出し、かつ、鋳造機１００の溶湯供給部１１０に自動でアルミニウム溶湯Ｙを供給できる溶湯汲出装置３００が、２つの非鉄金属溶解炉１に対して単一に設けられている。この溶湯汲出装置３００のアーム３２０は、本体部３１０を支点として各溶湯汲出容器部４０と鋳造機１００の溶湯供給部１１０との間を自在に回転移動でき、かつ、その先端に取付けられた例えばラドルによって既に述べたアルミニウム溶湯Ｙの汲出しと当該アルミニウム溶湯Ｙの供給のための動作が可能である。
【００７９】
この非鉄金属溶解設備４００においては、上述した非鉄金属溶解方法によって、２つの非鉄金属溶解炉１で並行、かつ連続してアルミニウム溶湯Ｙ（図４参照）を生成し、生成したアルミニウム溶湯Ｙをすぐに鋳造機１００に供給することで、当該鋳造機１００で必要となるアルミニウム溶湯Ｙを当該鋳造機１００に対して効率よく供給できる。なお、個々の非鉄金属溶解炉１において、投入用開口蓋２８及び汲出用開口蓋４８は自動もしくは手動で開閉される。
【００８０】
図６に示す例では、鋳造機１００に対して２つの非鉄金属溶解炉１を隣接させたが、鋳造機１００が必要とするアルミニウム溶湯の量に応じて適切な数の非鉄金属溶解炉１を鋳造機１００に隣接して配置してよい。本実施形態の非鉄金属溶解炉１は非常にコンパクトであるので、既存の鋳造機１００に隣接する位置に複数台が必要であっても容易に設置することができる。
【００８１】
●[変更・変形例]
なお、上述の実施形態において、アルミニウム溶解原料はアルミインゴットＧに限定されるものではなく、例えばアルミニウムの切り粉やスクラップ等でもよい。また、上述の実施形態では誘導加熱コイル６０とは異なる加熱手段としてガスバーナを例として説明したが、ガスバーナ以外の加熱手段を用いてもよい。
【００８２】
図７に示す非鉄金属溶解炉１ａは、台５００と、台５００に載置された溶解容器１０ａと、台５００に設けられて溶解容器１０ａを旋回させる回転軸体Ｚ１（相対移動手段に相当）にて構成されている。そして溶解容器１０ａは、誘導加熱容器部と原料投入容器部とを共通とした加熱・投入・容器部３２０（共通の容器部に相当）と、溶湯汲出容器部４０との２つの容器部にて構成されており、加熱・投入・容器部３２０と溶湯汲出容器部４０は互いに連通されている。また、回転軸体Ｚ１は、例えば電動モータにて駆動される。そして作業者は、溶湯汲出容器部４０からアルミニウム溶湯の汲出しを所望する場合、回転軸体Ｚ１を操作して、加熱・投入・容器部３２０が誘導加熱コイル６０の下方の位置（図７において溶解容器１０ａが実線で示されている位置）となるように、加熱・投入・容器部３２０の位置に対する誘導加熱コイル６０の位置を、相対的に移動させる。また作業者は、加熱・投入・容器部３２０へのアルミニウム溶解原料の投入を所望する場合、回転軸体Ｚ１を操作して、誘導加熱コイル６０の有効作用範囲Ａ（図３参照）から外れた位置（図７において溶解容器１０ａが二点鎖線で示されている位置）へと加熱・投入・容器部３２０を相対的に移動させる。
【００８３】
また図７の構成において、溶解容器１０ａを、誘導加熱容器部と溶湯汲出容器部とを共通とした加熱・汲出・容器部（共通の容器に相当）と、原料投入容器部との２つの容器部にて構成してもよい（加熱・汲出・容器部と原料投入容器部は互いに連通されている）。この場合、作業者は、アルミニウム溶解原料を原料投入容器部に投入する場合、回転軸体Ｚ１を操作して、加熱・汲出・容器部が誘導加熱コイル６０の下方の位置（図７において溶解容器１０ａが実線で示されている位置）となるように、加熱・汲出・容器部の位置に対する誘導加熱コイル６０の位置を、相対的に移動させる。また作業者は、加熱・汲出・容器部からのアルミニウム溶湯の汲出しを所望する場合、回転軸体Ｚ１を操作して、誘導加熱コイル６０の有効作用範囲Ａ（図３参照）から外れた位置へと加熱・汲出・容器部を相対的に移動させる。
【００８４】
なお図７の構成において、溶解容器１０ａを、原料投入容器部と溶湯汲出容器部とを共通とした投入・汲出・容器部（共通の容器に相当）と、誘導加熱容器部との２つの容器部にて構成してもよい（投入・汲出・容器部と誘導加熱容器部は互いに連通されている）。この場合、誘導加熱コイル６０の下方の位置に誘導加熱容器部が位置している際、投入・汲出・容器部が誘導加熱コイル６０の有効作用範囲Ａ（図３参照）から外れた位置となるように配置すれば、回転軸体Ｚ１を省略することができる。
【００８５】
図８に示す非鉄金属溶解炉１ｂは、ベルトコンベアＺ２（相対移動手段に相当）と、ベルトコンベアＺ２に載置された溶解容器１０ｂとにて構成されている。そして溶解容器１０ｂは、原料投入容器部と誘導加熱容器部と溶湯汲出容器部とを共通とした投入・加熱・汲出・容器部３３０（共通の容器部に相当）にて構成されている。またベルトコンベアＺ２は、例えば電動モータにて駆動される。そして作業者は、投入・加熱・汲出・容器部３３０からアルミニウム溶湯の汲出しを所望する場合、あるいは投入・加熱・汲出・容器部３３０へアルミニウム溶解原料の投入を所望する場合、ベルトコンベアＺ２を操作して、誘導加熱コイル６０の有効作用範囲Ａ（図３参照）から外れた位置（図８において溶解容器１０ｂが二点鎖線で示されている位置）へと投入・加熱・汲出・容器部３３０を相対的に移動させる。また作業者は、投入も汲出しも所望しない場合、ベルトコンベアＺ２を操作して、投入・加熱・汲出・容器部３３０が誘導加熱コイル６０の下方の位置（図８において溶解容器１０ｂが実線で示されている位置）となるように、誘導加熱コイル６０に対して投入・加熱・汲出・容器部３３０を相対的に移動させる。
【００８６】
本発明の「相対移動手段」に相当する回転軸体Ｚ１（図７参照）及びベルトコンベアＺ２（図８参照）は、これらの両者Ｚ１,Ｚ２に限定されるものではなく、各容器部の位置に対する誘導加熱コイル６０の位置を相対的に移動させる構成であれば、どのようなものであってもよい。なお、図７,８において、図２〜図６と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【００８７】
●[コイルユニットの変更例１（図９〜図１３）]
コイルユニットは、図２〜図８に示す第１コイルユニットＵに代えて、図９〜図１１に示す第２コイルユニットＵ２を採用してもよい。なお、図９〜図１１において、図２〜図８と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【００８８】
図９に示す非鉄金属溶解炉１ｃの溶解容器１０ｃは、例えば、既に説明した投入・加熱・汲出・容器部３３０（共通の容器部に相当）を有する。この投入・加熱・汲出・容器部３３０の上部に設けられた開口であり、投入用開口部と加熱用開口部と汲出用開口部とを共通した共通開口部３３２は、投入用開口蓋と加熱用開口蓋と汲出用開口蓋とを共通した保温蓋４４ｃで覆われている。保温蓋４４ｃは、共通開口部３３２を開閉可能である。なお、保温蓋４４ｃは、当該保温蓋４４ｃを厚み方向に略垂直に貫通した貫通孔４５ｃを有する。貫通孔４５ｃは、溶解容器１０ｃと対向する面の側へ径が縮まるテーパー状に構成されている。
【００８９】
非鉄金属溶解炉１ｃは、図９に示すように、第２コイルユニットＵ２を有する。第２コイルユニットＵ２は、セラミックにて形成された筒体６２と、筒体６２に収容された誘導加熱コイル６０と、を有する。筒体６２は、その一方端が開放されている。誘導加熱コイル６０は、筒体６２の開放口から当該筒体６２の外部へ延びて、高周波交流電源装置９０に接続されている。高周波交流電源装置９０から誘導加熱コイル６０に供給される電力は、制御手段７２にて制御される。なお、筒体６２の一方端が開放されていることにより、高周波交流電源装置９０からの電力供給時に例えば約３０[℃]程度まで上昇する誘導加熱コイル６０の熱が筒体６２から開放される。
【００９０】
筒体６２は、図９に示すように、保温蓋４４ｃの貫通孔４５ｃに挿通されている。筒体６２における開放口近傍の外周面は、当該開放口側へ向けて径が拡がるテーパー部６２ａとなっている。このテーパー部６２ａは、貫通孔４５ｃに嵌り込み、貫通孔４５ｃの内壁で受け支えられている。なお、筒体６２は略垂直に配置されている。また、筒体６２は、溶解容器１０ｃの内部において、アルミニウム溶湯Ｙに浸漬されている。
【００９１】
誘導加熱コイル６０は、金属または合金を素材とした部材で形成されている。誘導加熱コイル６０は、図９,図１１に示すように、筒体６２の軸線方向に直線状に延びた軸部６０ａと、軸部６０ａを螺旋状に取り巻く螺旋部６０ｂと、を有する。軸部６０ａは、コイル軸６０Ｊを形成し、略垂直に延びている。螺旋部６０ｂは、アルミニウム溶湯Ｙの内部に位置している。
【００９２】
誘導加熱コイル６０は、図１１に示すように、螺旋部６０ｂと対応する箇所にて磁力線Ｍｆを形成する。磁力線Ｍｆは、螺旋部６０ｂをコイル軸６０Ｊ方向に通り抜けて筒部６２の外周側へ環を描くように形成されている。高周波交流電源装置９０から供給される電力の周波数が例えば約１３[ＫＨｚ]の場合、誘導加熱コイル６０が形成する誘導磁界の有効作用範囲Ａは、筒体６２の外周面から例えば約５[ｃｍ]程度離れた領域に及ぶ。そして、この有効作用範囲Ａのうち、筒体６２の外周面から所定距離離れた領域は、有効作用範囲Ａにおいて最も効果的に誘導加熱が行われる、特定加熱領域Ａｓｐとなっている。特定加熱領域Ａｓｐは、筒体６２の筒壁の肉厚に関わらず、例えば約１３[ＫＨｚ]の周波数の電力に対して約２〜３[ｍｍ]の範囲で形成される。
【００９３】
誘導加熱コイル６０は、セラミックで形成された筒体６２を直接加熱することなく、溶解容器１０ｃ内における誘導磁界有効温度以上のアルミニウム溶湯Ｙ及び誘導磁界有効温度以上のアルミインゴットＧを直接加熱する。
【００９４】
以上に説明した第２コイルユニットＵ２においては、誘導加熱コイル６０がセラミックの筒体６２に収容されていることから、誘導加熱コイル６０を筒体６２ごとアルミニウム溶湯Ｙに浸漬させて、当該溶湯Ｙの表面からではなく、当該溶湯Ｙの内部から当該溶湯Ｙに誘導磁界を作用させて当該溶湯Ｙを加熱することができる。したがって、アルミニウム溶湯Ｙ及びそれに浸されるアルミインゴットＧに対する加熱効率を高めることができる。
【００９５】
なお、図１０に示すように、非鉄金属溶解炉１ｃは第２コイルユニットＵ２を例えば３個有する。非鉄金属溶解炉１ｃは、個々の第２個イルユニットＵ２が挿通された貫通孔４５ｃを個別に有する。また、非鉄金属溶解炉１ｃは、個々の第２個イルユニットＵ２に電力を供給する高周波交流電源装置９０を個別に有する。また、非鉄金属溶解炉１ｃは、個々の第２個イルユニットＵ２への電力の供給を制御する制御手段７２を個別に有する。なお、第２コイルユニットＵ２は、溶解容器１０ｃの容量や、高周波交流電源装置９０の出力等に応じて、単数または複数の適切な数が設けられる。
【００９６】
ところで、溶解容器１０ｃの周囲は、耐火モルタル等の断熱部材１０ｚにて覆われている。図２〜図８の溶解容器１０,１０ａ,１０ｂの周囲も、溶解容器１０ｃと同様にして、耐火モルタル等の断熱部材（図示省略）にて覆われている。溶解容器１０ｃ及び、つぎに説明する溶解容器１０ｄ（図１２参照）の構成は、図２〜図５の溶解容器１０のように、原料投入容器部２０,誘導加熱容器部３０,容湯汲出容器部４０等に分けてもよいし、図７の溶解容器１０ａのように、少なくとも２つの容器部を共通の容器部としてもよい。また、溶解容器１０ｃ,１０ｄは、既に説明した相対移動手段を備えてもよい。
【００９７】
第２コイルユニットＵ２は、図１２の非鉄金属溶解炉１ｄのように、斜めに傾斜して配置してもよい。この場合、保温蓋４４ｄは、当該保温蓋４４ｄを厚み方向に斜めに貫通した貫通孔４５ｄを有する。そして、この貫通孔４５ｄに、第２コイルユニットＵ２の筒体６２が挿通されている。貫通孔４５ｄは、図９に示す貫通孔４５ｃと同様に、溶解容器１０ｄと対向する面の側へ径が縮まるテーパー状に形成されている。そして、筒体６２のテーパー部６２ａが、貫通孔４５ｄの内壁で受け支えられている。誘導加熱コイル６０のコイル軸６０Ｊは、水平面に対して所定角度θ２で傾斜している。
【００９８】
非鉄金属溶解炉１ｄの構成においては、例えば溶解容器１０ｄの側面が図１２に示すように傾斜状に形成されることで、第２コイルユニットＵ２を垂直に配置できない場合でも、筒体６２をアルミニウム溶湯Ｙの内部に浸漬させることができる。これによって、筒体６２に収容された誘導加熱コイル６０にて、アルミニウム溶湯Ｙの内部から当該溶湯Ｙに誘導磁界を作用させて当該溶湯Ｙを加熱することができる。したがって、アルミニウム溶湯Ｙ及びそれに浸されるアルミインゴットＧに対する加熱効率を高めることができる。なお、図１２において、図２〜図１１と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【００９９】
図９〜図１２に示す第２コイルユニットＵ２に代えて、図１３の非鉄金属溶解炉１ｃＡが有する第２コイルユニットＵ２Ａを採用してもよい。第２コイルユニットＵ２Ａの筒体６２は、保温蓋４４ｃの貫通孔４５ｃに挿通されて略垂直に配置される上側筒部６３と、上側筒部６３の下方にて垂直方向から水平方向に屈曲するとともに、溶解容器１０ｃの底面に沿って延びる下側筒部６４と、を有する。上側筒部６３と下側筒部６４とはそれぞれ、互いが対向する側の端部にフランジＦｒを有する。両筒部６３,６４は、互いのフランジＦｒが適宜の結合部材ＦｒＨで一体に結合されることで、一つながりに繋がれている。なお、上側筒部６３は、その両端部が開放されている。下側筒部６４は、上側筒部６３と接続された側の端部のみが開放されている。上側筒部６３及び下側筒部６４は、例えばセラミックで構成されている。
【０１００】
図１３に示すように、誘導加熱コイル６０のコイル軸６０Ｊは、溶解容器１０ｃの底面に沿って水平に延びている。なお、図１３において、図２〜図１２と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【０１０１】
非鉄金属溶解炉１ｃＡの構成においては、誘導加熱コイル６０が筒体６２ごとアルミニウム溶湯Ｙに浸漬されているとともに、当該誘導加熱コイル６０が溶解容器１０ｃの底面に沿って配置されている。したがって、アルミニウム溶湯Ｙの内部から誘導磁界を作用させてアルミニウム溶湯Ｙを加熱することができるとともに、下方からアルミニウム溶湯Ｙが加熱されることで、加熱されたアルミニウム溶湯Ｙが上昇し、また、その上昇を相殺するように上方側のアルミニウム溶湯Ｙが下降して、アルミニウム溶湯Ｙの対流運動が促進される。この結果、アルミニウム溶湯Ｙが効率よく混合されることとなり、アルミニウム溶湯Ｙ及びそれに浸されるアルミインゴットＧに対する加熱効率を高めることができる。
【０１０２】
●[コイルユニットの変更例２（図１４,図１５）]
コイルユニットとして、図１４に示す非鉄金属溶解炉１ｅが有する第３コイルユニットＵ３を採用してもよい。なお、図１４において、図２〜図１３と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【０１０３】
非鉄金属溶解炉１ｅは、当該非鉄金属溶解炉１ｅに対して、取付けと取外しとが可能に構成された溶解容器１０ｅを有する。溶解容器１０ｅの内部は、既に説明した投入・加熱・汲出・容器部３３０（共通の容器部に相当）となっている。投入・加熱・汲出・容器部３３０の共通開口部３３２は、保温蓋４４ｅで覆われている。保温蓋４４ｅは、ヒンジ軸ＨＪ回りの回転によって、共通開口部３３２を開閉可能である。
【０１０４】
溶解容器１０ｅは、図１４に示すように、ロボットハンドにて把持可能なロボット把持部４６ｅを有する。例えばロボットハンドは、ロボット把持部４６ｅを把持して溶解容器１０ｅを非鉄金属溶解炉１ｅから取外し、溶解容器１０ｅ内のアルミニウム溶湯Ｙを鋳造機に流し込む。また、例えばロボットハンドを用いて溶解容器１０ｅを外部に取外し、非鉄金属溶解炉１ｅの外部にて溶解容器１０ｅにアルミインゴットＧを投入した後、溶解容器１０ｅを非鉄金属溶解炉１ｅに再度取付けて、つぎに説明する第３コイルユニットＵ３によってアルミインゴットＧを誘導加熱してもよい。
【０１０５】
溶解容器１０ｅは、図１４に示すように、収納空間１４ｅに配置されている。収納空間１４ｅの側方周りには、第３コイルユニットＵ３が配置されている。第３コイルユニットＵ３は、収容空間１４ｅに配置された溶解容器１０ｅの側方外周部（外周部）１２ｅを螺旋状に周回する誘導加熱コイル６０と、誘導加熱コイル６０を支持する支持部材６６と、を有する。支持部材６６は絶縁体で構成されている。誘導加熱コイル６０は、例えば、支持部材６６の中に埋め込まれている。
【０１０６】
誘導加熱コイル６０は、支持部材６６を直接加熱することなく、溶解容器１０ｅ内における誘導磁界有効温度以上のアルミニウム溶湯Ｙ及び誘導磁界有効温度以上のアルミインゴットＧ、を直接加熱する。
【０１０７】
以上に説明した第３コイルユニットＵ３の構成においては、誘導加熱コイル６０が溶解容器１０ｅの側方外周部１２ｅの全周に亘って配置されていることから、溶解容器１０ｅ内のアルミニウム溶湯Ｙに対して、溶解容器１０ｅを加熱することなく、その側方の全周から誘導加熱を作用させて当該溶湯Ｙを加熱することができる。したがって、溶解容器１０ｅの側方の全周からの誘導加熱によって、アルミニウム溶湯Ｙ及びそれに浸されるアルミインゴットＧに対する加熱効率を高めることができる。
【０１０８】
図１４に示す第３コイルユニットＵ３に代えて、図１５の非鉄金属溶解炉１ｅＡが有する第３コイルユニットＵ３Ａを採用してもよい。第３コイルユニットＵ３Ａでは、図１５に示すように、誘導加熱コイル６０が溶解容器１０ｅの下方外周部（外周部）１３ｅに配置されている。詳述すると、誘導加熱コイル６０は、溶解容器１０ｅの下面に沿って、例えば渦巻き形状で配置されている。誘導加熱コイル６０は、絶縁体である支持部材６６ａによって支持されている。なお、図１５において、図２〜図１４と同一もしくは均等な構成・機能を有する箇所には同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【０１０９】
非鉄金属溶解炉１ｅＡの構成においては、下方からアルミニウム溶湯Ｙが加熱されることで、加熱されたアルミニウム溶湯Ｙが上昇し、また、その上昇を相殺するように上方側のアルミニウム溶湯Ｙが下降して、アルミニウム溶湯Ｙの対流運動が促進される。この結果、アルミニウム溶湯Ｙが効率よく混合されることとなり、アルミニウム溶湯Ｙ及びそれに浸されるアルミインゴットＧに対する加熱効率を高めることができる。
【０１１０】
●[誘導加熱コイルの構造（図１６〜図１９）]
誘導加熱コイル６０の構造について、第２コイルユニットＵ２（図９,図１２,図１３参照）を構成する誘導加熱コイル６０を例として説明する。誘導加熱コイル６０は、内部が空洞とされたパイプ状の金属または合金を変形させて形成されている。誘導加熱コイル６０の両端部は、冷却媒体循環手段である冷却媒体循環装置７４に繋がれている。この冷却媒体循環装置７４は、誘導加熱コイル６０の内部に、冷却媒体（例えば水）を循環させる。誘導加熱コイル６０の内部に冷却媒体を循環させることで、誘導加熱コイル６０の温度上昇を抑制し、当該誘導加熱コイル６０の体積抵抗値の増加に伴うエネルギー効率の低下や、当該誘導加熱コイル６０の破損を回避できる。冷却媒体循環装置７４は、例えば高周波交流電源装置９０に取付けられている。冷却媒体循環装置７４は、制御手段７２に制御されて、誘導加熱コイル６０内部に冷却媒体を循環させる。
【０１１１】
図２〜図８に示す第１コイルユニットＵおよび、図１４,図１５に示す第３コイルユニットＵ３においても、第２コイルユニットＵ２と同様にして、冷却媒体循環装置７４によって誘導加熱コイル６０の内部に冷却媒体を循環させている。
【０１１２】
なお、第２コイルユニットを構成する誘導加熱コイル６０の形状は、図１１に示す形状に限定されるものではなく、例えば図１７〜図１９に示す形状に構成してもよい。図１７に示す誘導加熱コイル６０は、筒体６２の側壁に沿って延びる２つの直線部６０１と、両直線部６０１の間を螺旋状に横切る螺旋部６０２と、を有する。図１８に示す誘導加熱コイル６０は、筒体６２の軸線方向に延びる直線部６１１と、直線部６１１の先端において、その先端回りに渦巻いた渦巻き部６１２と、を有する。図１９に示す誘導加熱コイル６０は、筒体６２の側壁に沿って延びる２つの直線部６２１と、両直線部６２１の間を筒体６２の軸線方向に波打つ波打ち部６２２と、を有する。
【０１１３】
●[溶解容器の構造（図２０）]
溶解容器の壁部の構造について、図９の非鉄金属溶解炉１ｃを例として説明する。図２０の拡大図に示すように、溶解容器１０ｃの壁部は少なくとも３層を有する構造となっている。つまり、溶解容器１０ｃは、内壁から外壁に向かって内壁層１０ｓ、中間層１０ｔ、外壁層１０ｕの少なくとも３層を有する。内壁層１０ｓは、例えばセラミックで形成されている。中間層１０ｔは、例えば耐火モルタルといった断熱材で形成されている。外壁層１０ｕは、鉄よりも体積抵抗率が小さな金属または合金で形成されている。
【０１１４】
図２０の構成においては、セラミックにて形成された内壁層１０ｓによって、非常に高温であるアルミニウム溶湯Ｙに対する耐熱性が確保されている。また、断熱材にて形成された中間層１０ｔによって、アルミニウム溶湯Ｙの熱を溶解容器１０ｃの外部と遮断できる。そして、万一、内壁層１０ｓと中間層１０ｔとにヒビが入ってアルミニウム溶湯Ｙが漏れ出した場合でも、鉄よりも体積抵抗率の小さい金属または合金で形成された外壁層１０ｕによって、溶解容器１０ｃの外部にアルミニウム溶湯Ｙが漏れ出すことが防止される。なお、外壁層１０ｕは、鉄よりも小さな体積低効率の金属または合金であるため、誘導磁界の作用で加熱されることがない。また、外壁層１０ｕは、金属または合金であるので、衝撃に対して割れることなく変形する。したがって、溶解容器１０ｃに衝撃が加わった場合でも、内部のアルミニウム溶湯Ｙが漏れないので安全である。
【０１１５】
以上に説明した溶解容器の壁部の構造は、図２〜図８の溶解容器１０,１０ａ,１０ｂ及び、図１２〜図１５の溶解容器１０ｃ,１０ｄ,１０ｅにおいて適用されている。
【０１１６】
●[非鉄金属溶解原料及び非鉄金属溶湯の変更例（図２１）]
図２１は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、及び家庭の調理器具に用いる鉄鋼、のそれぞれの体積抵抗率を示すグラフであり、縦軸は温度[℃]、横軸は体積抵抗率[μΩｃｍ]を示している。なお、図１のアルミニウムと図２１のアルミニウムとは、純度が異なるため、体積抵抗率の値が異なっている。また、図２１の鉄鋼は、図１の鉄ではなく、ＩＨ調理器具等で使用する鉄鋼である。
【０１１７】
例えば、家庭用調理器具の体積抵抗率は、図２１のグラフ中の鉄鋼における０[℃]〜２５０[℃]の領域である約１０〜１２[μΩｃｍ]である。したがって、体積抵抗率が１０[μΩｃｍ]以上の領域であれば、誘導磁界を用いて直接加熱することができる。
【０１１８】
アルミニウム、マグネシウム、亜鉛のそれぞれは、それぞれに適した誘導磁界有効温度があり、それぞれの溶湯の目標温度が設定されている。例えばアルミニウムの純金属または合金の場合、誘導磁界有効温度は例えば約４００[℃]以上であり、目標温度は約６６０[℃]の近傍の温度に設定することが好ましい。例えばマグネシウムの純金属または合金の場合、誘導磁界有効温度は例えば約３００[℃]以上であり、目標温度は約６５０[℃]の近傍の温度に設定することが好ましい。例えば亜鉛の純金属または合金の場合、誘導磁界有効温度は例えば約２００[℃]以上であり、目標温度は約４２０[℃]の近傍の温度に設定することが好ましい。
【０１１９】
非鉄金属溶解原料及び非鉄金属溶湯の変更例についてさらに詳しく述べる。図１〜図２０を用いて説明した実施形態において、非鉄金属溶解原料は、非鉄金属であるアルミニウムによって構成されたアルミニウム溶解原料であり、非鉄金属溶湯はアルミニウム溶解原料から生成されたアルミニウム溶湯であった。しかし、非鉄金属溶解原料は、非鉄合金であるアルミニウム合金（ジュラルミン系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金など）によって構成されたアルミニウム合金溶解原料でもよく、非鉄金属溶湯は、アルミニウム合金溶解原料から溶け出して形成されたアルミニウム合金溶湯でもよい。なお、アルミニウム合金溶湯を液体状態に保持する温度である溶湯保持温度は例えば約６７０[℃]に設定される。ただし、溶湯保持温度は、アルミニウム合金の種類に応じて適切な温度に設定してよい。また、誘導磁界が有効に作用する温度である誘導磁界有効温度も、アルミニウム合金の種類に応じて適切な温度に設定される。
【０１２０】
非鉄金属溶解原料は、非鉄金属であるマグネシウムによって構成された例えばマグネシウムインゴットといったマグネシウム溶解原料でもよく、非鉄金属溶湯は、マグネシウム溶解原料から溶け出して形成されたマグネシウム溶湯でもよい。図２１からわかるように、マグネシウムの常温での体積抵抗率は約４［μΩｃｍ］であり、鉄鋼と比較して非常に小さい。この体積抵抗率においては誘導磁界が有効に作用しない（誘導磁界を用いて直接加熱することが非常に困難である）。
【０１２１】
しかし図２１に示すように、マグネシウムは、加熱されると徐々にその体積抵抗率が増加する。そして、マグネシウムは、約３００［℃］まで加熱されると、常温での鉄鋼に近い程度まで体積抵抗率が上昇し、誘導磁界が有効に作用するようになる（誘導磁界を用いて直接加熱できるようになる）。マグネシウムは、約３５０［℃］まで加熱されると、約１２［μΩｃｍ］の体積抵抗率となり、誘導磁界で直接加熱することが充分にできる。
【０１２２】
そこで、非鉄金属溶解原料として、マグネシウム溶解原料を用いる場合には、誘導磁界有効温度が例えば約３００［℃］以上である。また、非鉄金属溶湯であるマグネシウム溶湯を液体状態に保持する温度である溶湯保持温度は例えば約６５０[℃]に設定される。なお、マグネシウム溶解原料に関する誘導磁界有効温度及びマグネシウム溶湯の溶湯保持温度は、マグネシウム溶解原料に許容範囲内で含まれる不純物の量に応じて適切な温度に設定される。
【０１２３】
非鉄金属溶解原料は、非鉄合金であるマグネシウム合金によって構成されたマグネシウム合金溶解原料でもよく、非鉄金属溶湯は、マグネシウム合金溶解原料から溶け出して形成されたマグネシウム合金溶湯でもよい。なお、マグネシウム合金溶湯を液体状態に保持する温度である溶湯保持温度は例えば約６８０[℃]に設定される。ただし、溶湯保持温度は、マグネシウム合金の種類に応じて適切な温度に設定してよい。また、マグネシウム合金溶解原料に関する誘導磁界有効温度も、マグネシウム合金の種類に応じて適切な温度に設定される。
【０１２４】
非鉄金属溶解原料は、非鉄金属である亜鉛によって構成された例えば亜鉛インゴットといった亜鉛溶解原料でもよく、非鉄金属溶湯は、亜鉛溶解原料から溶け出して形成された亜鉛溶湯でもよい。図２１からわかるように、亜鉛の常温での体積抵抗率は約６［μΩｃｍ］であり、鉄鋼と比較して非常に小さい。この体積抵抗率においては誘導磁界が有効に作用しない（誘導磁界を用いて直接加熱することが非常に困難である）。
【０１２５】
しかし図２１に示すように、亜鉛は、加熱されると徐々にその体積抵抗率が増加する。そして、亜鉛は、約２００［℃］まで加熱されると、常温での鉄鋼に近い程度まで体積抵抗率が上昇し、誘導磁界が有効に作用するようになる（誘導磁界を用いて直接加熱できるようになる）。亜鉛は、約３００［℃］まで加熱されると、約１２［μΩｃｍ］の体積抵抗率となり、誘導磁界で直接加熱することが充分にできる。
【０１２６】
そこで、非鉄金属溶解原料として、亜鉛溶解原料を用いる場合には、誘導磁界有効温度が例えば約２００［℃］以上である。また、非鉄金属溶湯である亜鉛溶湯を液体状態に保持する温度である溶湯保持温度は例えば約４２０[℃]に設定される。なお、亜鉛溶解原料に関する誘導磁界有効温度及び亜鉛溶湯の溶湯保持温度は、亜鉛溶解原料に許容範囲内で含まれる不純物の量に応じて適切な温度に設定される。
【０１２７】
非鉄金属溶解原料は、非鉄合金である亜鉛合金によって構成された亜鉛合金溶解原料でもよく、非鉄金属溶湯は、亜鉛合金溶解原料から溶け出して形成された亜鉛合金溶湯でもよい。なお、亜鉛合金溶湯を液体状態に保持する温度である溶湯保持温度は例えば約４３０[℃]に設定される。ただし、溶湯保持温度は、亜鉛合金の種類に応じて適切な温度に設定してよい。また、亜鉛合金溶解原料に関する誘導磁界有効温度も、亜鉛合金の種類に応じて適切な温度に設定される。
【０１２８】
なお、以上の説明においては、非鉄金属溶解炉、非鉄金属溶解方法、及び非鉄金属溶解設備が、鋳造工程、つまり、アルミインゴットを含む、アルミニウムまたはマグネシウムまたは亜鉛の非鉄金属、あるいは、アルミニウムまたはマグネシウムまたは亜鉛の合金である非鉄合金の溶解に際して適用されていた。しかし、非鉄金属溶解炉、非鉄金属溶解方法、及び非鉄金属溶解設備は、上記の非鉄金属、または上記の非鉄合金そのもの（地金）を製造する際の溶解作業に適用することもできる。この場合、非鉄金属溶解設備は、鋳造機に代えて、上記の非鉄金属、または上記の非鉄合金そのものを製造するための金型を有する。
【符号の説明】
【０１２９】
１,１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｃＡ,１ｄ,１ｅ,１ｅＡ 非鉄金属溶解炉
１０,１０ａ,１０ｂ,１０ｃ,１０ｄ,１０ｅ   溶解容器
１０ｓ 内壁層
１０ｔ 中間層
１０ｕ 外壁層
１２ｅ 側方外周部（外周部）
１３ｅ 下方外周部（外周部）
２０   原料投入容器部
２２   投入用開口部
２８   投入用開口蓋
３０   誘導加熱容器部
３２   加熱用開口部
３８   加熱用開口蓋
４０   溶湯汲出容器部
４２   汲出用開口部
４８   汲出用開口蓋
６０   誘導加熱コイル
６２   筒体
６６,６６ａ   支持部材
７２   制御手段
７４   冷却媒体循環装置（冷却媒体循環手段）
８０   可動支持体（上下移動手段）
１００ 鋳造機
３２０ 加熱・投入・容器部
３３０ 投入・加熱・汲出・容器部
４００ 非鉄金属溶解設備
Ａ     有効作用範囲
Ｇ     アルミインゴット（非鉄金属溶解原料）
Ｋ     液面センサ（対溶湯面距離計測手段）
Ｔ     温度センサ（温度検出手段）
Ｕ     第１コイルユニット
Ｕ２   第２コイルユニット
Ｕ３   第３コイルユニット
Ｙ     アルミニウム溶湯（非鉄金属溶湯）
Ｚ１   回転軸体（相対移動手段）
Ｚ２   ベルトコンベア（相対移動手段）
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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