(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解原料が供給される溶解室と、
前記溶解室内の溶湯中に気体を噴出し、前記溶解室内に溶湯の渦流を発生させる気体噴出装置と、
前記溶解室から溶湯を次工程に供給するための供給路と、を備え、
前記供給路又は前記溶解室の供給路近傍に、前記溶解室から次工程に流出する未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を、備える、
ことを特徴とする金属溶解装置。
【請求項２】
前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、請求項１記載の金属溶解装置。
【請求項３】
前記気体噴出装置は、複数の気体噴出口を有し、前記溶解室内の複数の位置から前記気体が噴出される、請求項１又は２記載の金属溶解装置。
【請求項４】
前記気体が前記溶解室の内壁面に沿ってかつ下方から上方に向かって螺旋方向に噴出される、
請求項１〜３の何れか１項に記載の金属溶解装置。
【請求項５】
前記溶解室が、循環する溶湯流路の一部にあり、循環して前記溶解室に供給される溶湯が、噴出される前記気体とともに渦流を発生させるための流体として、前記溶解室内に供給される、請求項１〜４の何れか１項に記載の金属溶解装置。
【請求項６】
前記衝撃付与手段は、前記未溶解の溶解原料が衝突するように構成された前記供給路の内壁又は前記溶解室の供給路近傍の内壁である、請求項１記載の金属溶解装置。
【請求項７】
前記溶解室は、溶湯を加熱する溶湯加熱手段を備える、請求項１〜６の何れか１項に記載の金属溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解原料を溶湯中に供給して溶解する金属溶解装置に関し、特に、アルミニウム、アルミニウム合金及び非鉄金属等の溶解原料を、鋳造機等へ供給するための溶湯にするために溶解する金属溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保全の意識の高まりにより、自動車業界等において、エンジンブロック等の様々な鋳物製造品による部材や装置の軽量化が進められている。これに伴い、アルミニウム材、アルミニウム合金材等の軽量な非鉄金属材の使用量が増加している。
このため鋳物を製造する溶湯の溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材を用いることで、原料中の新材の使用量を減少させる取り組みが進められている。
【０００３】
スクラップ材のうち、リターン材は、鋳造過程で発生した不要部分であり、性状が新材に近く、新材とともに溶解して溶湯としやすい。
【０００４】
しかし、ブリケット材は、加工より発生する切削屑や切粉等を圧縮して固形化したものであり、油分や水分を含むため、そのまま溶解すると質の高い溶湯とならない。このため、予め乾燥させる等して水分や油分を蒸発させる前処理を行うのが望ましく、新材と同様には溶解し溶湯にし難い。
【０００５】
また、ブリケット材は、溶湯と比べた場合、比重が小さく表面積が大きいため湯面に浮きやすく溶解に際し一部が酸化されやすい。切粉も同様に、比重が小さく表面積が大きいため溶湯の湯面に浮遊しやすく一部が酸化されやすい。そして、例えば、アルミニウムの酸化物であるＡｌ2Ｏ3の融点が２０７２℃であるように、アルミニウム材等の非鉄金属材の酸化物であるＡｌ2Ｏ3等は、極めて融点が高く、溶湯中にＡｌ2Ｏ3等の酸化物が形成されると溶湯中で溶解せず異物となって、鋳物の質を低下させる。
【０００６】
このため、ブリケット材や切粉は、新材やリターン材と混合して溶解するのが難しく、別工程で溶解させることが主流となっている。
【０００７】
一方、ブリケット材や切粉を溶解して溶湯とする際に酸化物が形成され難くする技術としては下記特許文献１又は２に示す技術がある。
特許文献１に示される技術は、概略を図７にも示すように、溶解室１０１の下方に磁気攪拌装置１１４を設けて溶解室内の溶湯Ｍに渦流を発生させ、溶湯Ｍに比して比重の軽いブリケット材や切粉を外気との接触時間が短くなるよう溶湯Ｍ内に引き込んで酸化物が形成され難いようにする。
【０００８】
特許文献２に示される技術は、磁気発生装置によって溶解炉全体に溶湯の流れを発生させ、その流れにより溶解炉の一部を構成する溶解室に渦流を発生させ、特許文献１と同様に切粉等を溶湯内に引き込むようにする。
【０００９】
また、特許文献１には、軸先端から不活性ガスを噴出可能とした攪拌翼を溶湯内に挿入して、攪拌翼によって溶湯を攪拌しつつ脱ガス処理を行う技術も開示される。概略を図８に示すように、な特許文献１記載の脱ガス処理のように、回転軸１１５の先端から不活性なガスＧを噴出可能とした攪拌翼１１６を溶湯Ｍ内に挿入して、攪拌翼１１６によって溶解室１０２に渦流を発生させ、切粉を溶湯内に引き込む技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−６０６２９号公報
【特許文献２】特開平２−２１９９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、溶解室内に挿入した攪拌翼を回転させて溶解室内に渦流を発生させる従来技術では、図８に示すように、湯面近傍で回転軸１１５に酸化物Ｓが付着形成されやすく、また、ブリケット材投入時に攪拌翼１１６を損傷させる虞がある。さらに、新材やリターン材とともに混合溶解しようとした場合には、比重の重い新材やリターン材が攪拌翼に衝突することになるため、より攪拌翼１１６の破損の虞が高まる。
【００１２】
また、磁気攪拌装置１１４を溶解室１０１の底下方に設けて溶解室に渦流を発生させる技術は、図７に示すように、溶解室１０１の底自体は、耐火材１１２で構成する必要があり鉄皮等の金属磁性体で構成することができないため、溶解室１０１の底下部に耐火材１１２を介して磁気攪拌装置１１４を近接配置する必要がある。しかし、このようにすると溶解室１０１の底下部において外方に向かう温度勾配が他の部位と異なることになり、磁気攪拌装置１１４と耐火材１１２との境界部等で溶湯漏れが生じる虞が高まる。さらに、高温の溶湯Ｍが貯留する溶解室１０１の底下方はメンテナンス性が非常に悪い位置である。
【００１３】
そこで、本発明の主たる課題は、上記従来技術の問題を解決し、溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材と新材とを、いずれの組み合わせで混合しても又は単独で供給しても、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる金属溶解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための手段は次のとおりである。
その第一の手段は、
溶解原料が供給される溶解室と、
前記溶解室内の溶湯中に気体を噴出し、前記溶解室内に溶湯の渦流を発生させる気体噴出装置と、
前記溶解室から溶湯を次工程に供給するための供給路と、を備え、
前記供給路又は前記溶解室の供給路近傍に、前記溶解室から次工程に流出する未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を、備える、
ことを特徴とする金属溶解装置である。
【００１５】
第二の手段は、
前記気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスである、上記第一の手段に係る金属溶解装置である。
【００１６】
第三の手段は、
前記気体噴出装置は、複数の気体噴出口を有し、前記溶解室内の複数の位置から前記気体が噴出される、上記第一又は第二の手段に係る金属溶解装置である。
【００１７】
第四の手段は、
前記気体が前記溶解室の内壁面に沿ってかつ下方から上方に向かって螺旋方向に噴出される、上記第一〜第三の手段に係る金属溶解装置である。
【００１８】
第五の手段は、
前記溶解室は、循環する溶湯流路の一部にあり、循環して前記溶解室に供給される溶湯が、噴出される前記気体とともに渦流を発生させる流体として、前記溶解室内に供給される、上記第一〜第四の手段に係る金属溶解装置である。
【００１９】
【００２０】
第六の手段は、
前記衝撃付与手段は、前記未溶解の溶解原料が衝突するように構成された前記供給路の内壁又は前記溶解室の供給路近傍の内壁である、上記第一の手段に係る金属溶解装置である。
【００２１】
第七の手段は、
前記溶解室は、溶湯を加熱する溶湯加熱手段を備える、上記第一〜第六の手段に係る金属溶解装置である。
【００２２】
〔作用効果〕
本発明は、溶解室内に渦流を発生させるためブリケット材や切粉のような比重の軽いスクラップ材が供給されてもそれらが迅速に、渦中心部において渦底に引き込まれるため外気と接触し難く酸化物が形成され難い。
【００２３】
そのうえ、気体噴出装置によって溶湯に渦流を発生させるため、渦中心底部に撹拌翼やスターラといった攪拌部材が存在しない。したがって、溶解原料と攪拌部材との接触の虞が各段に少なく、リターン材、ブリケット材、切粉等の複数種のスクラップ材と新材とをいずれの組み合わせで混合又は単独で溶解室に供給して溶解することができる。
【００２４】
また、気体発生装置により渦流を発生させるため、攪拌翼やスターラによる攪拌と異なり動的部分が少なくできるため、メンテナンスや取り扱い性にも優れる。
【００２５】
気体が、溶湯に対して不活性な不活性ガスであれば、脱ガス効果が発現し、清浄で質の高い溶湯が得られる。
【００２６】
気体噴出装置において気体噴出口を複数個設ければ、質量のある溶湯に効果的に流れを発生させることができ、効果的に渦流を発生させやすくなる。
【００２７】
気体が溶解室の内壁面に沿うように下方から上方に螺旋方向に噴出されるようにすれば、渦流を効果的かつ持続的に発生させやすくなり、渦中心底部へ溶解原料がより引き込まれやすくなる。このとき、溶解室を略逆円錐状としたり、略円柱形状とすればより効果的である。
【００２８】
また、溶解室を、例えば、溶解炉の一部として、循環する溶湯流路の一部として設け、循環して溶解室に供給される溶湯が、噴出される気体とともに渦を発生させる流体として、溶解室内に供給されるようにすれば、溶解室内に効果的に渦流を発生させることができる。
【００２９】
一方、溶解室から溶湯を次工程に供給するための供給路を設けて、その供給路又は溶解室の供給路近傍に、溶解室から次工程に流出する未溶解の溶解原料に衝撃を与える衝撃付与手段を設ければ、例えば、供給及び溶解室内で溶解しきれなかったブリケット材等の未溶解の溶解原料が衝撃付与手段によって衝撃が与えられて砕け、次工程へ供給されるまでに溶解されやすくなる。
【００３０】
未溶解の溶解原料が衝突するように衝撃付与手段を供給路の内壁又は溶解室の供給路近傍の内壁に構成すれば、簡易かつ動的部分を作ることなく未溶解の溶解原料に衝撃を与えることができる。
【００３１】
さらに、溶解室に溶湯を加熱する加熱手段を備えれば、溶解室に貯留される溶湯が加熱され、溶解原料供給による溶湯の温度低下が少なくなり、溶解原料がより迅速に溶解されやすくなる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、溶解原料として、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材と新材とを、いずれの組み合わせで混合して又は単独で供給しても、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる金属溶解装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。
【図２】図１におけるII-II矢視図であり、本発明に係る金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためII-II矢視に現れない部材等も記載する。
【図３】本発明に係る他の金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。
【図４】図３におけるIV-IV矢視図であり、本発明に係る他の金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためIV-IV矢視に現れない部材等も記載する。
【図５】本発明に係る噴流ポンプを説明するための断面図である。
【図６】本実施形態に係るスクリーン板を説明するための斜視図である。
【図７】従来の金属溶解装置の例の断面図である。
【図８】従来の他の金属溶解装置の例の断面図である。
【図９】本発明に係る別の金属溶解装置を含む溶解保持炉の平面概略図である。
【図１０】図９におけるＸ-Ｘ矢視図であり、本発明に係る別の金属溶解装置を含む溶解保持炉の断面概略図である。但し、説明の便宜のためＸ-Ｘ矢視に現れない部材等も記載する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施形態を図１〜図６、図９及び図１０を参照しながら説明する。
本実施形態に係る金属溶解装置１０は、溶解原料Ｂを溶湯Ｍ中に供給して溶解する溶解室１１、溶解室１１に連通し溶湯Ｍを加熱する加熱室２０、溶湯Ｍを保持して溶湯Ｍ中の不純物等を沈殿させるなどする鎮静室３０、溶湯Ｍを汲み出して外部の鋳造機等へ出湯する汲出室４０を備える溶解保持炉１に好ましく組み込まれている。この金属溶解装置１０が組み込まれた溶解保持炉１も本発明として提案される。
【００３５】
但し、本発明の金属溶解装置１０は、本実施形態に係る溶解保持炉１に組み込まれる形態に限定されることなく、溶解原料Ｂを溶湯Ｍ中に供給して溶解する装置として、単独で又は他の種の溶解保持炉や溶解炉に組み込んで実施することができる。
【００３６】
本実施形態に係る溶解保持炉１は、外殻３内において各室が耐火材２により形成され、溶解室１１は供給路１３を介して加熱室２０に連通している。さらに、前記加熱室２０及び溶解室１１に連通する循環室５０が好ましく設けられており、溶湯Ｍが、加熱室２０から循環室５０を介して溶解室１１に還流可能に構成されている。
【００３７】
加熱室２０には、浸漬ヒータ２１，２１が上方から加熱室２０内に差し込まれるように配されており溶湯Ｍを加熱する。なお、図９及び図１０に示す形態のように、浸漬ヒータ２１，２１は、加熱室２０の側壁から室内に差し込まれるように配してもよい。あるいは、底部に配置するようにしてもよい。また、浸漬ヒータ２１，２１の代わりに浸漬バーナを採用しても構わない。これにより、溶解保持炉１内に溶湯Ｍが保持貯留される。本実施形態に係る溶解保持炉１では、加熱室２０で溶湯Ｍが加熱され循環室５０を介して溶解室１１に還流されるため溶解室１１内の溶湯Ｍの温度が低下し難い。つまり、溶解原料Ｂが供給された際の温度低下がし難く、溶解原料Ｂが溶解しやすくなっている。
【００３８】
溶解室１１は、上方に溶解原料Ｂを供給するための供給口１１Ａを有しており、図示されないホッパーやコンベア等の搬入装置から、供給口１１Ａを介して溶解原料Ｂであるアルミニウム、アルミニウム合金及びその他の非鉄金属材が、溶解室１１中の溶湯Ｍに対して供給される。アルミニウム合金以外の非鉄金属としては、マグネシウムやマグネシウム合金が例示できる。
【００３９】
本実施形態に係る溶解室１１には、特徴的に、溶解室１１内の溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出して、溶湯Ｍとともに溶解原料Ｂを攪拌する渦流を溶解室１１内に発生させる気体噴出装置１４が設けられており、前記溶解室１１とともに金属溶解装置１０を構成している。
【００４０】
気体噴出装置１４は、例えば、図示のように、溶湯Ｍ内に位置する噴出口１４Ａを有する噴出部１４Ｂ、この噴出部１４Ｂに連通する送気管１４Ｃ、及び気体Ｇを発生させる気体発生装置１４Ｄで構成することができる。例えば、気体が窒素ガスの場合、気体発生装置の例としては、株式会社日立産機システムの「窒素ガス発生装置（Ｎ２パック）」及びアネスト岩田株式会社製等のその相当装置が挙げられる。気体発生装置１４Ｄから送気管１４Ｃを介して溶解室１１内に送気される気体Ｇを噴出口１４Ａから溶湯Ｍ内に噴出させることで、溶解室１１内の溶湯Ｍを攪拌して渦流が発生させる。
【００４１】
溶解室１１の形状は、矩形の箱型でもよいが、渦流を発生させるのであれば、図１〜４及び図９〜図１０に示すように、溶湯Ｍが貯留される内空間が略円筒型又は略逆円錐型であるのが望ましい。内壁面に案内されるように溶湯Ｍが流動されて、溶解室１１内に溶湯Ｍの渦流が発生しやすくなるとともに、その渦流を持続させやすくなる。このため気体噴出に係るエネルギーを少なくすることが可能となる。
【００４２】
さらに、図示はしないが、溶解室１１内に噴出口１４Ａから噴出された気体を適宜の方向に案内し、渦流を発生させやすくする整流板を設けてもよい。例えば、溶解室の内壁から溶解室中心方向に向かって突出する整流板を、噴出口１４Ａの直近上方に位置に設ける。噴出口１４Ａから噴出された気体Ｇが気泡となって直ぐに上昇せず、渦流が発生しやすくなる。この際、整流板を噴出口１４Ａ側から遠ざかるにしたがって、やや上方に向かうように傾斜させれば、気体Ｇが略螺旋方向に噴出されるようになり、渦流をより発生させやすくなる。また、溶解室の内壁に内面ガイドを形成してもよく、その形状としては例えば螺旋状に溝を形成するのが好ましい。このようにすれば渦流が発生しやすくなる。
【００４３】
溶解室１１は、溶湯Ｍを加熱する溶湯加熱手段を備えるのが望ましい。溶湯加熱手段としては、図示はしないが、溶解室１１底部や側壁近傍に浸漬ヒータを設ければよい。浸漬ヒータは、溶解室１１側壁近傍において上方から溶湯Ｍ内に差し込むように配置してもよい。溶解室１１に溶湯加熱手段を設ければ、溶解室１１に貯留される溶湯が加熱され、溶解原料供給による溶湯の温度低下が少なくなり、溶解原料がより迅速に溶解されやすくなる。また、浸漬ヒータの代わりに浸漬バーナを採用しても構わない。
【００４４】
気体噴出装置１４は、図１及び図２、図９及び図１０に示す形態のように、溶解室１１内において噴出部１４Ｂを内壁面近傍に設けるのが望ましい。供給された溶解原料Ｂは渦流により渦流中心へと引き込まれる。噴出部１４Ｂが内壁面近傍にあれば、溶解原料Ｂが噴出部１４Ｂと接触し難くなり、気体噴出装置１４の破損の虞が各段に小さくなる。
【００４５】
さらに、気体噴出装置１４は、図３及び図４に示す形態のように、溶解原料Ｂとより接触し難いように、溶解室１１の側壁内に設け、壁面から噴出口１４Ａが溶解室１１内に臨むようにしてもよい。図３及び図４に示す形態では、溶解室１１が溶解保持炉１の一部であり、加熱室２０から溶解室１１に溶湯Ｍが還流するように循環室５０や循環路を設けるように構成されているため、溶解室１１と循環室５０との間の壁間、つまり溶解室１１と循環室５０との間の連通路５１等、加熱室２０から溶解室１１へ溶湯Ｍを循環させる循環路中に、噴出部１４Ｂをその噴出口１４Ａが溶解室１１に臨むように設けている。このようにすれば、溶解室１１内に噴出部１４Ｂが位置しなくなり、噴出部１４Ｂと溶解原料Ｂとの接触が効果的に防止され、気体噴出装置１４の破損のおそれが各段に小さくなる。
【００４６】
気体の噴出口１４Ａが望む方向、すなわち気体噴出方向としては、図１〜図４に示すように、発生させる渦流の中心が溶解室１１の中央部となるように設定すればよい。例えば、図示例のように平面視で略円径の溶解室１１であれば、その円の略接線方向に向けるようにすればよい。
【００４７】
さらに、図１及び図２、図９及び図１０に示すように、噴出部１４Ｂを溶解室１１内の底部近傍の深さ位置に設け、噴出口１４Ａをやや上方に向けるようにし、噴出口１４Ａから噴出された気体が溶解室１１中央部に対して、溶解室１１底部側方から螺旋方向に噴出されるようにすれば、溶解室１１内に渦流をより発生させやすくなる。なお、図示の気体Ｇの噴出方向は、溶解室１１中央部が渦中心となるように設定した例であるが、もちろん、渦流の中心を溶解室１１中央部とは異なる位置となるように設定した場合には、その渦流の中心に対して気体Ｇが螺旋方向に噴出するように噴出口１４Ａ及び噴出部１４Ｂを適宜に設けるようにすればよい。
【００４８】
溶解室１１内における気体Ｇの噴出箇所は、複数とするのが望ましい。図示の形態では、二か所に設けている。噴出個所を複数とする場合、複数の噴出口１４Ａを有する一つの気体噴出装置１４を溶解室１１に設けるようにしてもよいし、溶解室１１に複数の気体噴出装置１４を設けるようにしてもよい。複数個所から気体Ｇを噴出するようにすれば、溶湯Ｍに対するより大きな攪拌力を発生させることができるため渦流が発生しやすくなる。この場合、発生させる渦流の中心、例えば、溶解室１１中央部に対して点対称位置に噴出口１４Ａを配置すれば、渦流をより発生させやすくなる。さらに、噴出個所を複数とする場合、噴出個所の深さ位置を異なるようにするとより、渦流が発生しやすくなる。一般的な溶解室１１の深さであれば、好ましくは、一方の噴出個所を３５０〜４００ｍｍとし、他方の噴出個所を１７０〜２３０ｍｍとするのがよい。
【００４９】
気体噴出装置１４は、溶湯Ｍ中に気体Ｇを噴出させて溶湯Ｍを流動させ、渦流を発生させるものであれば限定されないが、図５に断面概略を示す、ジェットポンプとも称される噴流ポンプ１６の構成を採用するのが望ましい。噴流ポンプ１６は、高圧の駆動流体Ｇをノズル１７に圧送し、そこからスロート１８に向けて高速に噴出させると噴流の圧力が低圧になることを利用して、噴流の周囲の被駆動流体Ｍを引き込んで、混合しながら噴射する。したがって、噴流ポンプ１６を用いれば、気体Ｇを駆動流体として噴射することで、周囲の溶湯Ｍを被駆動流体として吸引又は巻き込みつつ気体Ｇとともに噴射されるようになるため、気体Ｇのみで溶解室１１内の溶湯Ｍに流動性を付与するよりも、各段に溶湯Ｍを流動させやすく、渦流を容易に発生させることができる。
【００５０】
特に、図３、図４に示す形態のように、噴出部１４Ｂを溶解室１１と循環室５０との間の壁間、つまり溶解室１１と循環室５０との間の連通路５１等に配するとともに、噴流ポンプ１６の構成を採用すれば、連通路５１近傍の溶湯Ｍが気体Ｇとともに溶解室１１内に流れこむようになり、効果的に渦流を発生させることができるうえ、溶解原料Ｂと気体噴出装置１４の一部である噴出部１４Ｂとの接触がなくなるため望ましい。さらに、加熱室２０から溶解室１１に還流する溶湯Ｍの流れが発生し、溶解室１１に供給された溶解原料Ｂのうち未溶解の溶解原料Ｂが溶解室１１に留まらず、加熱室２０に供給されて、溶解原料Ｂの溶解が効果的に進むようになる。
【００５１】
溶湯内に噴出する気体としては、窒素ガス、アルゴンガス等の溶湯に対して不活性な不活性ガス（以下「不活性なガス」という）であるのが望ましい。不活性なガスＧの生成や送気方法について限定されない。空気から窒素ガスを分離するコンプレッサーや不活性ガスを封入したボンベ等から圧送して供給すればよい。好ましくは、０．５ＭＰａ以下、より好ましくは０．３〜０．５ＭＰａの圧力で噴出させるとよい。不活性なガスＧを溶湯Ｍ内に吹き込むようにすることで、渦流発生とともに脱ガス効果が発現し溶湯Ｍを清浄することができる。特に、渦流の発生により溶湯と不活性なガスＧの接触性が高まることで高い脱ガス効果が得られる。また、係る構成をとることで、溶解保持炉１に別途に脱ガス室を設ける必要がなくなり、炉全体をコンパクトにすることができる。
【００５２】
本発明に係る金属溶解装置１０では、溶解室１１内に気体噴出によって溶湯Ｍの渦流が発生しているため、溶解室１１の上部に形成され供給口１１Ａから投入された溶解原料Ｂのうち、ブリケット材のように軽量であったり溶湯Ｍよりも比重が軽く溶湯Ｍに浮く溶解原料Ｂは、渦流の中心部底側に向かって引き込まれる。その一方で、質量があり溶湯Ｍよりも比重が重い溶解原料Ｂは、渦流に巻き込まれつつあるいは渦流の流れを受けつつ底に沈んでいく。そして、本発明に係る金属溶解装置１０では、攪拌翼等の動的な機械装置部分により渦流を発生させるのではなく、気体Ｇにより渦流を発生させるため、比重の軽い溶解原料Ｂであっても溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂであっても機械装置部分との接触がないため、比重の軽い溶解原料Ｂとともに、溶解室１１に供給することができる。
【００５３】
溶解原料Ｂとしては、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とが挙げられるが、このうちブリケット材と切粉は、溶湯Ｍに対して浮きやすく、また、リターン材や新材は、溶湯Ｍに対して沈みやすい。したがって、本発明に係る金属溶解装置１０では、ブリケット材や切粉は、渦流により迅速に渦底に引き込まれ空気との接触時間が短く酸化物が形成されがたく清浄な溶湯Ｍとなりやすく、また、新材やリターン材は、溶湯Ｍ中に沈む過程で渦流に曝されて溶解が進む。よって、本発明に係る金属溶解装置１０では、リターン材、ブリケット材及び切粉等のスクラップ材と、新材とをいずれの組み合わせでも溶解室１１に供給することができる。
【００５４】
さらに、溶解原料Ｂは、渦流により攪拌される過程で、溶解原料Ｂ同士の衝突が促されて崩壊により溶解されやすくなる。特に、切削屑や切粉等を圧縮して固形化したブリケット材では、崩壊が効果的に発生する。
【００５５】
なお、本発明に係る金属溶解装置１０では、例えば、新材やリターン材のような溶湯Ｍに沈む溶解原料Ｂのみを溶解する場合には気体噴出を停止し、切粉やブリケット材のような溶湯Ｍに沈み難い溶解原料Ｂを供給する場合のみ気体噴出を行って渦流を発生させるようにしてもよい。また、ブリケット材等の油分や水分等を含む溶解原料Ｂについては、事前に乾燥・予熱により油分・水分等を除去する前処理を行ってもよい。
【００５６】
他方で、本発明に係る金属溶解装置１０は、本実施形態に係る溶解保持炉１に組み込む形態のように、供給路１３を設けて溶湯Ｍを加熱室２０等の次工程に連続的に供給できるよう構成する場合には、溶解室１１から次工程に溶湯Ｍを供給する供給路１３の溶解室１１側開口１３Ａを、渦流の中心底部、例えば、溶解室１１の中央底部に形成するのが望ましい。切粉やブリケット材等の溶解原料Ｂが渦流によって渦底中心部に引き込まれるとともに、未溶解の溶解原料Ｂが浮くことなく次工程の加熱室２０に供給されるようになり、効果的に溶解原料Ｂの溶解がなされる。
【００５７】
このように供給路１３を設ける場合、その供給路１３又は溶解室１１の供給路近傍に、溶解室１１から次工程に流出する未溶解の溶解原料Ｂに衝撃を与える衝撃付与手段を設けるのが望ましい。衝撃付与手段は、動的に衝撃を付与するものであってもよいが、好ましくは、メンテナンス性の面で、未溶解の溶解原料Ｂが溶湯の流れによって次工程に搬送される過程で衝突するような障害物など静的なものであるのが望ましい。例えば、供給路１３の内壁又は溶解室１１の供給路近傍の内壁に凸部を設け、未溶解の溶解原料Ｂが通過する際に凸部に衝突するようにすればよい。さらに、具体的な例としては、溶湯に比して比重の軽いブリケット材等の未溶解の溶解原料Ｂは、浮力と加熱室２０への溶湯の流れによって、供給路１３の上面に沿って移動されるため、図２、図４及び図１０に示すように、供給路１３の上壁面１３Ｂを階段状に形成したり、上壁面１３Ｂに凸部を形成したりするなどすれば、未溶解の溶解原料Ｂが加熱室２０へ移動する際に、供給路１３の階段状の上壁面１３Ｂや上壁面１３Ｂに形成した凸部などに衝突することになり衝撃が付与され、未溶解の溶解原料Ｂが崩壊し、加熱室２０で迅速に溶解されやすい。
【００５８】
本実施形態に係る溶解保持炉１では、図２、図４及び図１０に示すように、供給路１３を介して溶解室に連通する加熱室２０が、好ましい形態として、溶湯の湯面との間に空気の存在する空間を作ることなく上部開口部を閉塞して設置された加熱室蓋２２を備えている。このため、溶解室１１から未溶解の溶解原料Ｂが加熱室２０に供給された場合に無酸素状態で溶解が進む。
【００５９】
さらに本実施形態に係る溶解保持炉１では、図２、図４及び図１０に示すように、溶解室１１から次工程の加熱室２０に至る供給路１３の出口が、加熱室２０の下部にあるのが望ましい。このように供給路１３の出口を加熱室２０の下部とすることで、例えば、未溶解のブリケット材のように溶湯よりも比重の軽い溶解原料Ｂが加熱室２０に供給された場合に、加熱室２０内の溶湯Ｍ中を浮き上がる過程で溶解させることができ、加熱室２０の上部に未溶解のブリケット材が溜まるような事象が起き難くなる。
【００６０】
本実施形態の係る溶解保持炉１では、図２、図４、図６及び図１０に示すように、特に、加熱室２０の前記供給路１３の出口がある下部と、それよりも上方の上部とを区画するようにして、未溶解の溶解原料Ｂの浮上を防止するスクリーン板７０が設けられている。このようにスクリーン板７０を設けることで、特に、未溶解のブリケット材のような溶湯Ｍに比して比重の軽い溶解原料Ｂが、加熱室２０内で浮くことが防止され、無酸素状態で確実に溶解することができるようになる。なお、スクリーン板７０は、溶湯Ｍを加熱する浸漬ヒータ２１，２１と浮上する未溶解の溶解原料Ｂとが接触しないよう、浸漬ヒータの底部よりも下方位置に配置するのが望ましい。概ね、スクリーン板７０は、加熱室２０の底から２０〜３５％の高さ位置に設けるのがよい。
【００６１】
スクリーン板７０としては、炭化ケイ素、ジルコニア系、ファインセラミックス等の耐火材で形成された、厚さ２０〜８０mm程度の板に、多数の貫通孔７１を設けたものが例示できる。孔径の異なる複数のスクリーン板７０を異なる高さ位置で複数段もうけるようにしてもよい。
【００６２】
スクリーン板７０に形成された貫通孔７１の個数や大きさは、特に限定されないが、供給する溶解原料Ｂの大きさ、溶解速度等を考慮して適宜に定めることができる。好ましくは、未溶解の溶解原料Ｂが、貫通孔を通過して浮上し、湯面に到達するまえに溶解されるまでの時間が、２〜３分となるように設計するのが望ましい。例えば、アルミスクラップ材からのブリケット材の一般的な大きさを考慮すると、貫通孔は直径が２０〜５０ｍｍである。
【００６３】
また、貫通孔７１は、円柱形状又は上方に向かって狭窄するテーパー形状であるのが望ましい。このように構成すると貫通孔７１に未溶解の溶解原料Ｂが嵌り、加熱室２０内で移動せずに定位置に留まるようになり溶解が進みやすくなる。
【００６４】
以上、説明の本発明に係る金属溶解装置１０、さらに本発明に係る金属溶解装置１０を組み込んだ溶解保持炉１では、溶解原料Ｂとして、リターン材、ブリケット材、切粉等のスクラップ材と新材とを、いずれの組み合わせで混合して又は単独で供給しても、酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…溶解保持炉、２，１１２…耐火材、３…外殻、
１０…金属溶解装置、２０…加熱室、２１…浸漬ヒータ（浸漬バーナ）、２２…加熱室蓋、３０…鎮静室、４０…汲出室、５０…循環室、５１…連通路、
１１，１０１，１０２…溶解室、１１Ａ…供給口、１３…供給路、１３Ａ…溶解室側開口、１３Ｂ…供給路上壁面、
１４…気体噴出装置、１４Ａ…噴出口、１４Ｂ…噴出部、１４Ｃ…送気管、１４Ｄ…気体発生装置
１６…噴流ポンプ、１７…ノズル、１８…スロート
Ｇ…不活性なガス・気体・駆動流体、Ｂ…溶解原料、Ｍ…溶湯・被駆動流体、
７０…スクリーン板、  ７１…貫通孔、
１１４…磁気攪拌装置、１１５…回転軸、１１６…攪拌翼。
【要約】
【課題】スクラップ材と新材を混合又は単独で供給しても酸化物の少ない清浄な溶湯を得ることができる金属溶解装置を提供する。
【解決手段】
溶解原料が供給される溶解室と、前記溶解室内の溶湯中に気体を噴出し、前記溶解室内に溶湯の渦流を発生させる気体噴出装置と、を備える金属溶解装置により解決される。
【選択図】図１【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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