(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中もしくは不活性ガス雰囲気下で金属または合金を溶解する真空誘導溶解炉の集塵装置として：
真空糟内に配置された溶解炉の上部の開口部を囲んで設けられた略円環状のリングフードと；
前記リングフードの出口側のダクトに接続され、真空槽内に配置される少なくとも一つの入口側のダクトと、出口側として真空糟に戻される少なくとも一つのダクトと、前記入口側と出口側ダクトとの間に配置されたブロアと、前記ブロアにより循環される金属の蒸気を凝着させ分離して系外に排出するフィルタユニットと、このフィルタユニットの前後に配置されたバルブと、これらの間を接続するダクトと、を含み、真空槽外に配置され、前記のフィルタユニットにより金属の蒸気がトラップされ、分離した後の気体を前記の出口側のダクトから真空糟内に還流させる還流フードと；
を含んで成る真空誘導溶解炉の集塵装置。
【請求項２】
前記のフィルタユニットは、溶湯から発生した金属蒸気をトラップするフィルタと、このフィルタに振動を与え前記のフィルタにトラップされた金属の粉塵を落下させるエアバイブレータと、を有するフィルタ室と、
このフィルタ室の下方に接続され内部に水を収容し底部にドレンを有して前記の落下された粉塵を受けて沈降させ、前記のドレンから系外に排出する水槽と、
を有することを特徴とする請求項１記載の真空誘導溶解炉の集塵装置。
【請求項３】
前記リングフードの出口側のダクトと前記還流フードの入口側のダクトとは、それぞれの中心軸線が誘導溶解炉の傾動軸の延長線上に配置され、一方が他方の内部に回転摺動可能に挿入されて接続されることを特徴とする請求項１または２記載の真空誘導溶解炉の集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空中もしくは不活性ガス雰囲気下で真空槽内に収容された真空誘導溶解炉を用いて、Ｆｅ系やＮｉ系合金等を溶解する溶解装置において、溶解に際し溶湯から発生する粉塵を吸引して集め、フィルタで吸着して排除した後、再び真空槽にもどして循環させる真空誘導溶解炉の集塵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空槽内に傾動可能に配置された誘導炉を使用して、金属、合金を溶解する装置において、真空中もしくは不活性ガス雰囲気下でルツボ内で溶解される被溶解材は、Ｆｅ系合金、Ｎｉ系合金等さまざまであり、さらに磁石合金あるいは水素吸蔵合金をも含んでいる。
特公昭61-37543号公報には、大気圧下で誘導溶解する誘導溶解炉の集塵保温装置が開示されている。
この集塵保温装置は図３と図４に示されるように、るつぼ形の炉体２の上端開放面の外縁の上方を囲んで、断面形状が方形で平面形状は図３に示されるように、炉の出湯部２ｃを切り欠いて、一部が欠円となっている略円環状の吸煙用のフード１２が配置され、このフード１２の半径方向内周面には図４に示すように、溶湯６から発生する金属蒸気を吸引する複数の吸気口１４が開口している。このフード１２の排気側の端部１２ｄは、排気用のダクト１３を介して図示しないブロアに接続される。７は誘導加熱コイルである。
前記略円環状の吸煙用のフード１２の内側の空間１５内には、上下に移動可能な直径を有する円板状の蓋体１６がエアシリンダ上下に移動可能に挿入され、炉体２内の溶湯６を保温するには、駆動装置２０により前記蓋体１６を下方に下げ炉体２を密閉にする。一方、溶解を行う際は、図４に示すように、駆動装置２０により蓋体１６を上方に上げて前記フード１２に吸気作用を行わせて炉内に発生する煤煙を確実にフード内に吸い込ませるとともに、図３に示すように、フード１２に接続されたダクト１３の排出側に設けられたフィルタ（図示せず）を通し大気中に放出し、同時にフード１２と蓋体１６を冷却する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、大気中で溶解を行う誘導溶解炉については、集塵保温装置が開示されていた。
真空溶解つまり減圧状態での溶解においては、減圧により各被溶解金属の蒸気圧が低下し金属蒸気が多量に発生する。
しかも、これら金属の蒸気は密閉された真空槽中で発生しているため、蒸発した金属などが真空槽の壁面に再凝縮して付着する。
この状態は、溶解回数を増加するたびに付着物が累積して増加することになり、表面積が大きい真空槽の壁面、或いは真空槽内に配置されている炉や鋳型、水冷ケーブルその他の構成部材の表面が汚染されることになる。
この真空槽内の汚れの影響は、真空度の低下をもたらすのみに止まらず、金属蒸気のため誘導炉を構成する加熱コイル等の絶縁問題にも発展する恐れがある。
また、磁石合金などを例にとると、これらの合金の蒸発物は非常に活性でもあり、さらに多量に付着することから、壁面が空気に急激にさらされると火災を発生するケースがあるので、真空誘導溶解炉に有効に適用できる集塵装置が要望されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このように真空誘導溶解炉による溶解の途中に発生する金属蒸気により、真空槽等の壁内が汚染されるのを解決することを目的とする。
真空槽内の汚染は、主として溶解中での金属蒸気を含む粉塵が原因になると考えられる。この粉塵対策として、溶解炉の上部開口を囲んで粉塵を吸引するリングフードと、このリングフードの出口に接続され、フィルタユニットとブロアなどを含み、下流端が真空槽に戻される還流フードとを組み合わせることにより解決した。
発生する粉塵は殆どが活性金属蒸気粉であるため、吸引したこれらの活性金属蒸気粉を吸着し、捕獲し、系外に排出する湿式フィルタ構造を有する還流フードが極めて重要な機能を達成する。
前記のフィルタユニットは、フィルタ部と、エアバイブレータおよびドレンを有する水槽部とにより構成される。
リングフードを介してブロアにより吸引された粉塵は、一旦フィルタ部にトラップされ、フィルタ部にトラップされた粉塵が予め設定した量に達した状態でブロアを停止した後、バルブを閉じてフィルタに捕獲された粉塵などをエアバイブレータにより振動させて、下方にある水槽中にたたき落として水面に落下させ、このようにして捕獲された粉塵を水槽下部のドレンから回収する。
溶解作業後、バルブを閉じ、フィルタ部の清掃をする必要がある。
清掃方法としては、水槽上部のバルブを閉にして、フィルタ部をエアバイブレータにより振動を加え、蒸発した金属粉を水槽内に落下させドレンにより回収し清掃する必要がある。
【０００５】
【作用】
この方式を採用することにより、真空槽内の汚れ具合が大幅に改善されると共に、溶解中における真空槽内の曇り現象が解消される。
減圧状態での溶解であるため、集塵装置のダクト外も減圧下の真空槽と同一圧力となる。
このように、溶解炉のルツボ上部に取り付けられたリングフードと、これに接続された還流フードとにより金属蒸発物その他をブロアを使用して吸引し、フィルタ部に集積させた金属粉塵などをトラップし、エアバイブレータにより水中に落として沈降させ、ドレンから排除する構造を採用することにより、真空槽の汚れが大幅に改善される。
ここで、蒸発現象を、蒸発速度についての下記の計算式を用いて説明する。
希土類鉄ボロン（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石合金として、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂで示される金属間化合物中のＮｄを例にとる。
Ｑｖ＝４.３７×１０-3Ｐｓ√｛Ｍｄ／Ｔ｝
Ｑｖ（kg／ｍ2／sec）：  理想的な条件での単位面積当たりの蒸発速度
Ｐｓ（Ｐａ）        ：  温度Ｔにおける飽和蒸気圧
Ｍｄ                ：  蒸発分子の分子量（原子量）
Ｔ（Ｋ）            ：  蒸発表面の温度
上記の式において、温度が１８０８Ｋの時、
Ｑｖ＝４.３７×１０-3×１３.３√｛１４４.２４／１８０８｝
＝０.０１６４kg／ｍ2／sec
このように、Ｎｄ金属の蒸発速度は上式の値となり蒸発することが示される。
【０００６】
【実施例】
本発明の実施例として、図１〜図２を参照して説明する。
図１（Ａ）は、ルツボ形誘導誘導炉の炉体２とこれに接続された本発明の集塵装置を示す平面図である。
ルツボ形誘導溶解炉の炉体２の上部開口２ａを覆って、非磁性材料製で、略円環状のリングフード３２が配置される。
真空槽１０内は減圧状態にあるため、溶湯から発生した金属蒸気は急速に真空槽１０内に拡散し、真空槽１０の内壁や槽内の器具の表面に付着するので、このリングフード３２の中空部を覆って上下に移動可能な蓋体３６が配置される。
リングフード３２は、フランジ３２ｆを介して接続されたダクト３２ｃを介して、全体としてローマ字のＪの字形の還流フード４２の入口側のダクト４２ａと回転摺動可能に接続され、煤塵はリングフード３２から、還流フード４２の真空室外の部分に設けられたブロア４８により吸引され、ブロア４８の上流側に設けられたフィルタユニット４５により金属蒸気が吸着された後、還流フード４２の出口側のダクト４２ｅと４２ｆを経て真空槽１０内に戻される。
還流フード４２の入口側のダクト４２ａは、フランジを介してダクト４２ｂに接続され、ダクト４２ｂは同様にしてダクト４２ｃに接続され、その先端は真空槽１０の外方に突出してバルブＶ1に接続され、バルブＶ1の出口にはフィルタユニット４５が接続され、その出口にはバルブＶ2が接続され、その下流側に中間ダクト４２ｄ、ブロア４８、還流フード４２の出口側のダクト４２ｅ、４２ｆが順次に接続されて真空槽１０に接続される。
リングフード３２と、その出口端に接続されたダクト３２ｂは、ルツボ形の炉体２の上部に固定されているため誘導炉が傾動する際は一体に傾動されるが、フランジ３２ｆを介して接続されたダクト３２ｃは、傾動軸Ｘと同軸上に配置されているため、還流フード４２の入口側のダクト４２ａ内に挿入されて、その内部で回転摺動する。
【０００７】
還流フード４２は全体としてＪ字形で、中間には、フィルタユニット４５と、その前後のバルブＶ1、Ｖ2及びブロア４８とが配置され、図のようにバルブＶ1の直前で真空槽１０外に出てバルブＶ1、フィルタユニット４５、バルブＶ2、ブロア４８を経て真空槽１０内に戻される構造になっている。
図１（Ｂ）は、同図（Ａ）のフィルタユニット４５の内部を示す概略拡大断面図で、前後のバルブＶ1とＶ2とを介して還流フード４２に接続されたフィルタ室４３と、その下方に接続された水槽４４とから成り、溶湯から発生した金属蒸気はフィルタ室４３の内部の略中央に設けたフィルタ４３ａを通過する間に捕獲され、エアバイブレータ４３ｂによりフィルタ外枠を振動させて落下され、下部に接続された水槽４４内の水中に落下し沈降してドレン４７から排出される。
図２は、ルツボ形の炉体と、上部開口２ａを囲むリングフード３２と、リングフード３２の出口部とこれに接続された還流フード４２との接続端部を示すために、図１（Ａ）の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに沿って見た側断面図であり、出湯部２ｃは省略してある。
図２において、符号２はルツボ形の炉体、３２は炉体２の上部開口２ａを囲んで配置されたリングフード、３２ｂはリングフード３２の出口部のダクトで、３２ｃはこの出口部のダクト３２ｂと還流フード４２の入口とを接続するダクトで、４２ａは還流フード４２の入口側のダクトで、この中に前記の接続ダクト３２ｃが回転摺動可能に挿入される。
還流フード４２の入口側のダクト４２ａとリングフード３２の出口側のダクト３２ｃとは、既に述べたように、傾動軸Ｘと同軸上に配置されているので、ダクト３２ｃは還流フード４２の入口側のダクト４２ａ内で摺動回転可能である。
【０００８】
【発明の効果】
本発明を採用することにより、溶湯から発生する粉塵、特に活性金属の粉塵がフィルタユニット４５のフィルタ室４３内に吸引され、フィルタ４３ａにより捕獲され、振動により下部に接続された水槽４４内の水中に落下し沈降して、ドレン４７により排出されるので、真空槽内の汚れ具合が大幅に改善されるだけでなく、溶解中における真空槽内における曇り現象がなくなる。
このことにより、真空槽内の清掃を行う必要がなくなり、作業者の労力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図（Ａ）は、本発明のリングフードと還流フードの接続状態を示す平面図である。同図（Ｂ）は、本発明の還流フード中に組み込まれたフィルタユニットの内部を示す概略側断面図である。
【図２】本発明のリングフードと還流フードの接続状態を示すために、図１（Ａ）の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに沿って見た側断面図である。
【図３】大気中溶解を行う誘導溶解炉の従来技術による集塵保温装置の平面図である。
【図４】図３に示した集塵保温装置の側断面図である。
【符号の説明】
２  誘導溶解炉
２ａ  溶解炉の上部開口
１０  真空槽
１４  吸気口
３２  リングフード
３２ｂ、３２ｃ  リングフードの出口側のダクト
４２  還流フード
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  還流フードの入口側のダクト
４２ｄ  中間ダクト
４２ｅ、４２ｆ  還流フードの出口側のダクト
４３  フィルタ室
４３ａ  フィルタ
４３ｂ  エアバイブレータ
４４  水槽
４５  フィルタユニット
４７  ドレン
４８  ブロア
Ｖ1、Ｖ2  バルブ
Ｘ  傾動軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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