(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属もしくは非鉄金属合金を溶解して保持し、そこから溶湯を汲み出して鋳造機に供給して加圧鋳造する加圧鋳造機の手元炉において、金属の加熱過程を固相領域と液相領域とに区分し、固相領域の加熱には金属自身が発熱する直接加熱装置を設け、固相領域の加熱に続く液相領域の加熱には、抵抗線、燃焼ガスなどの熱源により加熱した黒鉛るつぼからの輻射および熱伝達により溶解する間接加熱炉を設けることを特徴とする加圧鋳造機の手元炉。
【請求項２】
請求項１記載の加圧鋳造機の手元炉において、直接加熱装置は非鉄金属もしくは非鉄金属合金のインゴット、もしくはビレットを誘導加熱する誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルに非鉄金属もしくは非鉄金属合金のインゴット、もしくはビレットを供給し、加熱終了後直ちに後段の間接加熱炉に投入する材料搬送装置とから構成することを特徴とする加圧鋳造機の手元炉。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の加圧鋳造機の手元炉において、間接加熱炉で熔解を行う際に間接加熱炉から汲み出した溶湯重量に見合う重量のインゴット、もしくはビレットを誘導加熱コイルで加熱して間接加熱炉に投入するようにしたことを特徴とする加圧鋳造機の手元炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非鉄金属もしくは非鉄金属合金を溶解して保持し、そこから溶湯を汲み出して鋳造機に供給して加圧鋳造する加圧鋳造機の手元炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧鋳造に供される溶湯は、鋳造欠陥を無くするために、溶湯中にガス吸収が少ない、酸化物などの懸濁スラグ、もしくは介在物を含まない、スラグが無いなどの清浄溶湯であることが望まれる。この清浄溶湯を得るためには下記事項が不可欠である。
【０００３】
▲１▼黒鉛るつぼを抵抗加熱する抵抗炉、もしくはガスや重油で加熱するガス炉、重油炉を用いて黒鉛るつぼを加熱し黒鉛るつぼからの輻射熱、および伝達熱により金属を溶解して、溶解および出湯などのための保温中は誘導溶解時に生じるような攪拌力を溶湯に与えない静かな状態にしてガス吸収を少なくする。
▲２▼溶解完了後に若干の鎮静時間を与える。
【０００４】
▲３▼溶解材料は主として予め成分調整されたインゴットおよびリターン材を使用する。
▲４▼他の材料を溶解する際は溶解後塩素処理、フッ素処理などを行い介在物を除去するとともに、必要であればガスバブリングにより不純物を除去する。
▲５▼加圧鋳造機への給湯はラドルなどにより炉内部の溶湯を汲み出し、表面のスラグ皮膜を巻き込まないようにする。必要に応じて注湯時にフィルターを通して介在物を除去する。
【０００５】
アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金などの溶湯は溶解温度が低いこともあり、従来より上記の項目を考慮したガス炉、もしくは抵抗炉が一般的に加圧鋳造機の手元炉として使用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来から使用されているすガス炉、重油炉、抵抗炉などは間接加熱であり、また溶湯を攪拌しない静かな加熱であることから長い溶解時間を要し、エネルギー効率の悪いエネルギー多使用型設備となっている。
例えば２００ｋｇのアルミニウムの溶湯を得るのに抵抗炉では８００ＫＷＨ／Ｔのエネルギーと３．５〜４時間の溶解時間を要する。
【０００７】
また、ガス炉、重油炉、抵抗炉など間接加熱炉は以下の問題がある。
▲１▼溶解開始から完了までの時間（立ち上がり時間）が長いために休日などは溶湯を保温して休日明けの操業に間に合わせるために保温のためのエネルギーが余分に必用になる。
▲２▼溶湯を攪拌しないので炉内での溶湯の成分調整や脱ガス作業が困難であり、予め別の溶解炉で成分調整されたインゴットを使用する必要があり、材料コストが高くなるとともに、二重に溶解するためにトータルエネルギーの消費量が増大する。
【０００８】
▲３▼小ロットで金種の異なる各種合金に対応するためには１台の炉では炉を空にしてから新しい合金の溶解を行うと３．５〜４時間のブランクが生じるので複数炉を使用して各種合金に対応することになり、それぞれの炉での保温エネルギーが必要となり、炉の数が多くなるほどトータルエネルギー消費が多くなる。
しかしながら現状では黒鉛るつぼを用いた抵抗炉、もしくはガス炉で溶解した後、ラドルで溶湯を汲み出して加圧鋳造機に給湯するやり方が加圧鋳造機の手元炉の主流になっている。
【０００９】
上記の問題を解決するために誘導炉を手元炉とする試みが為された。それは誘導炉の特長である高速溶解と、攪拌力による溶湯の均質化を活かして短時間で溶解して手元炉を少なくしても小ロットに対応できるようにするとともに、種々の材料を溶解してから成分調整することによりインゴット溶解と同じ成分の溶湯を安価な材料の組み合わせ溶解により得ることを目的としたが結果は失敗であった。
【００１０】
それは誘導炉の特長である攪拌力がある故に溶湯中にガスを吸収し、かつ酸素と結びついた金属などの酸化物を介在物として溶湯中に巻き込んでしまう不具合であった。
この不具合を解消するためにはガスバブリングにより介在物を強制的に除去したり、溶解後３０分程度の鎮静時間を与えて溶湯中に巻き込まれた介在物を溶湯との比重差により浮上させて除去したりする操作が必用になり、結果的には抵抗炉での溶解時間とそれほど変わらなかった。
【００１１】
誘導炉の特長を活かす別の試みとして複室誘導炉が考案された。これは、一方を溶解専用室とし、他方を溶湯を保持、鎮静してその溶湯を鋳造に供するようにした鋳造室とし、両室を溝部と呼ばれる連通管で接続したものである。
この炉は溶解と、鋳造との機能を別室に分けたことで一応の成果を見たものの、連通管が存在することで基本的には溝形誘導炉と同じであり、連通管を含む連通管近辺の耐火物の寿命を長引かせるために連通管内を常時溶湯で満たしておく必要があることから休祭日でも溶湯保温しておくことが不可欠であった。
【００１２】
さらに炉の耐火物構造が複雑であるので湯漏れし易く安定した耐火物寿命が得られない欠点があった。
上述のことから誘導炉で溶解した溶湯を直ちにそのまま加圧鋳造することはできず、誘導炉は加圧鋳造機用の手元炉には不向きであると言う結果を余儀なくされている。
【００１３】
また、最近の試みとしては成分調整されたビレットを一回分の鋳造に見合う重量に切断しておき、鋳込み直前に半溶融状態にして加圧成形する半溶融法や半凝固法の開発が盛んであるが、これらは特殊鋳造に区分されるもので一般的な加圧鋳造に適用される溶湯とは基本的に異なったものである。
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、短時間で、かつガス吸収や介在物の巻き込みが無い静かな溶解ができる加圧鋳造機の手元炉を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、非鉄金属もしくは非鉄金属合金を溶解して保持し、そこから溶湯を汲み出して鋳造機に供給して加圧鋳造する加圧鋳造機の手元炉において、金属の加熱過程を固相領域と液相領域とに区分し、固相領域の加熱には金属自身が発熱する直接加熱装置を設け、固相領域の加熱に続く液相領域の加熱には、抵抗線、燃焼ガスなどの熱源により加熱した黒鉛るつぼからの輻射および熱伝達により溶解する間接加熱炉を設けることを特徴とする。
【００１５】
上記の金属の加熱過程を固相領域と液相領域とに区分する加熱について図２に示す純アルミニウムを例に説明する。この図２は横軸に加熱温度（℃）を、縦軸に理論加熱エネルギー（ＫＷＨ／Ｔ）（熱容量）を示したもので金属をある温度にするために単位重量当たりに必用な加熱エネルギーを示す。図においてａは固相領域を示し、ｂは溶解潜熱受容領域を、ｃは液相領域を示す。ａの固相領域の加熱は金属が固体であるから加熱中にガス吸収や介在物の巻き込みは無く、また酸化も殆ど無い。ｂの溶解潜熱受容領域は金属の温度が殆ど変化しない固体の領域であり、ｃは金属が溶解して液相になった領域である。純アルミニウムの場合固相領域ａの理論加熱エネルギーは１８０ＫＷＨ／Ｔであり、そこから鋳造温度７５０℃にまで加熱するエネルギーは１４０ＫＷＨ／Ｔである。
【００１６】
この固相領域の加熱を誘導加熱にして、それ以上の加熱を抵抗炉とする場合と、固相領域から液相領域までの加熱を抵抗炉のみで行う場合について比較すると表１となる。
【００１７】
【表１】
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ただし、２００Ｋｇ／４５ＫＷ抵抗炉の加熱時間を約３．５時間として電気効率を（３２０ＫＷＨ／Ｔ）／（４５ＫＷ×３．５Ｈ／０．２Ｔ）＝約０．４、誘導炉の電気効率を０．７として求めた。また、抵抗炉での液相領域の加熱時間は（１４０ＫＷＨ／Ｔ）／（３２０ＫＷＨ／Ｔ）×３．５時間×６０分＝約９０分とした。
【００１８】
表１に示すように上記誘導加熱と抵抗炉とを組み合せる構成は加熱時間を略半分に短縮し、溶解エネルギーを約７６％に削減することが可能であり、固相領域で急速加熱を行ってもガス吸収や介在物の巻き込みが無くそこから鋳造温度までの加熱を抵抗炉で行えば最初から抵抗炉で加熱する場合の利点を損なわないので加圧鋳造機の手元炉として使用することが可能になる。
【００１９】
また、請求項２記載の発明のように、請求項１記載の加圧鋳造機の手元炉において、直接加熱装置は非鉄金属もしくは非鉄金属合金のインゴット、もしくはビレットを誘導加熱する誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルに非鉄金属もしくは非鉄金属合金のインゴット、もしくはビレットを供給し、加熱終了後直ちに後段の間接加熱炉に投入する材料搬送装置とから構成することができる。
【００２０】
さらに、請求項３記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の加圧鋳造機の手元炉において、間接加熱炉で熔解を行う際に間接加熱炉から汲み出した溶湯重量に見合う重量のインゴット、もしくはビレットを誘導加熱コイルで加熱して間接加熱炉に投入するようにしても良い。
上記請求項２および３の構成により、加圧鋳造機の手元炉としては一般的な２台の抵抗炉から交互に出湯させる方式に一台の誘導加熱コイルとインゴットもしくはビレット供給装置を組み合せることで固相領域の加熱時間を短くして立ち上がり時間を短縮することができるとともに、鋳造機に溶湯を供給し終わった抵抗炉に汲み出した溶湯重量に見合う重量のインゴットもしくはビレットを誘導加熱して抵抗炉に投入し溶解してスタンバイすることにより抵抗炉の交互使用のインターバルを短縮することも可能になる。
【００２１】
上記の交互使用のインターバルを短縮することは鋳造機に余裕があれば稼働率を上げる効果があり、鋳造機に余裕が無ければ抵抗炉を小型にして抵抗炉でのエネルギー消費量を削減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態の主要部の構成図を示す。この図１において、１は図示されていない高周波電源に接続された誘導加熱コイル、２は前段の材料払い出し装置から払い出されて縦一列に並べて搬送されたビレット３を誘導加熱コイル１内に供給してそこで加熱した後振り分けシュート４を経て抵抗炉（間接加熱炉）５に供給するビレット３の搬送装置、６は抵抗炉５の溶湯を加圧鋳造する加圧鋳造機を示す。図において、円筒形の誘導加熱コイル１を通して加熱したビレット３を振り分けシュート４にまで搬送する搬送装置２は２本のスキッドレールと図示されていないピンチロールおよびチェーンコンベヤ、もしくはプッシャー、ウォーキングビームのいずれかからなる搬送機構とで構成されており、前記払い出し機構から払い出されてスキッドレール上に縦一列に並べられたビレット３に該搬送機構で前進力を与えてそこから前方にあるビレット３を押してスキッドレール上を滑らせて搬送する。このようにして誘導加熱コイル１内に搬送されたビレット３は誘導加熱コイル３内を通過中に固相領域の目標温度に加熱されて振り分けシュート４に送り出されそこからは自重で振り分けシュート４上を滑って抵抗炉５に投入される。そして抵抗炉５内で所望の温度にまで溶解されて若干の鎮静時間を経て図示されていないラドルで溶湯を汲み出して加圧鋳造機６に給湯して加圧鋳造する。なお、この装置に適用されるビレット３は予め別の炉で溶解して成分調整されており抵抗炉５内で再溶解するだけで所望の成分の溶湯が得られるようになっている。
【００２３】
また、誘導加熱コイル１に供給するビレット３の重量を抵抗炉５で汲み出した溶湯重量に見合う重量にして誘導コイル１内で所望の温度に加熱した後抵抗炉５に投入し、次に抵抗炉５にビレット３を供給する事態になるまで加熱を停止するようにした誘導加熱コイル１をバッチ加熱炉としても良い。
また、図に示すように抵抗炉５は２台用意されており、一方の抵抗炉５が出湯中は他方の抵抗炉５で溶解して次の出湯に備えてスタンバイする交互出湯により、加圧鋳造機６が連続運転できるようにしている。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によれば、手元炉の立ち上げ時間を短縮できるので休祭日などの長時間の操業停止時に溶湯を保温しておく必要が無くなり省エネルギーになるとともに、休祭日中に溶湯を保持することにより発せする事故を無くする効果がある。また、交互出湯の際の溶解時間を短縮できるのでその分加圧鋳造機の稼働率を上昇させ、生産性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の主要部分の構成図
【図２】各種金属の加熱温度に対応する理論熱容量を示す図
【符号の説明】
１          誘導加熱コイル
２          搬送装置
３          ビレット
４          振り分けシュート
５          抵抗炉
６          加圧鋳造機
【図１】
0004255043.tif 000003
【図２】
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