JP2006017348A - 攪拌装置付溶解炉及び攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶解炉において投入原料を確実に溶解する。
【解決手段】 原料を溶解させて溶湯３０とするための溶解炉２５本体に交番磁界を与えて攪拌する攪拌装置は、複数の磁石２２を有し、それらの磁石２２をそれらのうちのある磁石２２から出た磁力線が前記溶解炉２５本体中の前記溶湯３０中を通った後に別の磁石に戻るように配置し、且つ、そこらの磁石は、水平面に対してある角度をもって傾いた傾斜面に沿って取り付けられており、前記傾斜面にほぼ垂直な軸のまわりに回転可能とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、攪拌装置付溶解炉及び攪拌装置に関する。

従来、例えば、アルミニウムをリサイクルすべく溶解する溶解炉のうちの攪拌装置付アルミ溶解炉としては、炉内に回転体を挿入して直接攪拌する機械式のもの、負圧ポンプで溶湯を吸上げて攪拌する減圧式のもの、さらには、固定磁極に三相交流電流を流して移動磁界を発生させ、その磁界に基づいて電磁力で攪拌する電磁式のもの等があった。

上述の機械的なものは、回転体を高温湯内で直接攪拌するものであるため、装置としての耐久性が十分とはいえず、さらには操作性やメンテナンスが煩雑且つ複雑である等の問題がある。減圧式のものにおいては、操作性が悪く、あまり普及するに至っていない。さらに、電磁式のものは、大電流を必要として消費電力が大きく、ランニングコストがかさみ、さらにコイルの冷却に細心の注意を払う必要があり、装置全体としても高価とならざるを得ない等の問題があり、これらが普及の妨げになっている。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、その目的は、安価で操作性がよく、ランニングコストの低くて済む、投入原料を確実に溶解することのできる、溶解炉及び攪拌装置を提供することにある。

本発明は、原料を溶解させて溶湯とするための溶解炉本体と、前記溶解炉本体中の溶湯をそれに交番磁界を与えて攪拌する攪拌装置と、を備え、前記攪拌装置は、複数の磁石を有し、それらの磁石をそれらのうちのある磁石から出た磁力線が前記溶解炉本体中の前記溶湯中を通った後に別の磁石に戻るように配置し、且つ、それらの磁石は、水平面に対してある角度をもって傾いた傾斜面に沿って取り付けられており、前記傾斜面にほぼ垂直な軸のまわりに回転可能とされている、ことを特徴とする、攪拌装置付溶解炉として提供される。

さらに、本発明は、溶解炉本体中の溶湯をそれに交番磁界を与えて攪拌する攪拌装置であって、前記攪拌装置は、複数の磁石を有し、それらの磁石をそれらのうちのある磁石から出た磁力線が前記溶解炉本体中の前記溶湯中を通った後に別の磁石に戻るように配置し、且つ、それらの磁石は、水平面に対してある角度をもって傾いた傾斜面に沿って取り付けられており、前記傾斜面にほぼ垂直な軸のまわりに回転可能とされている、ことを特徴とする、攪拌装置として提供される。

このように、本発明によれば、溶解炉中の溶湯を効率よく回転させて、投入する原料を確実に溶解させるができる。

図１（ａ）は本発明の実施例の非使用中の状態を示し、図２はその使用中の状態を示す。図１（ｂ）、（ｃ）は、図１（ａ）の一部を拡大して示す図で、（ｂ）は（ａ）の装置の一部を上から見た平面図、（ｃ）は（ａ）と同じ方向から一部を見た図である。図１（ａ）において、床１上にフレーム２がすえ付けられている。このフレーム２上には磁場発生部３がヒンジ４を中心に、つまり、紙面に垂直なほぼ水平な軸のまわりに起伏回動可能なるように取り付けられている。即ち、磁場発生部３は、中空の筐体（支持台）６を有し、この筐体６がヒンジ４を中心として、図１（ａ）及び図２からわかるように、ほぼ水平な軸のまわりに起伏回動可能にフレーム２上に取り付けられている。実際には、筐体６の図１における左側を、フレーム２の支持台２Ａから離れるように、持ち上げ、もとに下げることにより、ヒンジ４のほぼ水平軸の回りに起伏動作が行われる。この動作を行わせるための機構としては種々のものを採用することができる。図示の実施例ではねじ機構を採用している。むろん、歯車機構を採用することもできる。即ち、図１（ａ）において、フレーム２に固定した支持部８によって駆動杆９をその軸（ほぼ垂直な軸）のまわりに回転可能に軸支している。特に、図１（ｃ）からわかるように、この駆動杆９の長手方向のほぼ中央部分には回転駆動用のハンドル９Ａが固定されている。この駆動杆９の上側にはねじが切ってあり、いわゆる雄ねじ部９Ｂとなっている。この雄ねじ部９Ｂには、ほぼ球状の雌ねじ体９Ｃが螺合している。雄ねじ部９Ｂの回転により、雌ねじ体９Ｃが上下に移動する。特に図（ｂ）からわかるように、この雌ねじ体９Ｃには、横向きの軸９Ｄ，９Ｄによって、前記筐体６に固定された被駆動部材１０、１０が相互回転可能に軸支されている。さらに、前記被駆動部材１０，１０には、図１（ｃ）からわかるように、長手方向にスリット１０Ａ，１０Ａが切ってあり、軸９Ｄ，９Ｄとの間で相互にスライド可能となっている。これにより、ハンドル９Ａによって、駆動杆９を回転させれば、雌ねじ体９Ｃが上下動し、これにつれて、被駆動部材１０，１０は、軸９Ｄ，９Ｄの回りに回転し、且つ、軸９Ｄ，９Ｄがスリット１０Ａ，１０Ａ内を摺動するように、被駆動部材１０，１０が移動し、磁場発生部３が例えば図２のように持ち上がる。つまり、筐体６がヒンジ４のまわりに起伏回転することになる。ここで、ハンドル９Ａの回転量を調節すれば、筐体６の起伏量を制御することができる。なお、筐体６を起伏させるための機構は上述のものに限らない。

上記筐体６の中には、磁場発生装置（攪拌装置）１２が設けられている。即ち、この磁場発生装置（攪拌装置）１２は、筐体６の内底面に固定した取付座１３を有する、この取付座１３に回転速度連続可変の駆動モータ１４が取り付けられている。この駆動モータ１４の軸はカップリング１５を介してマグネットベース（回転板）１７の軸１７Ａに連結されている。この軸１７Ａは、筐体６の内部に両端を固定されたステー１９の中心部分に位置する軸受け２０によって軸受けされている。また、マグネットベース１７上には、特に図３（ａ）、（ｂ）からわかるように、棒状の永久磁石２２，２２，・・・が固定されている。各永久磁石２２は、上下両面が磁極とされたものである。さらに、これらの永久磁石２２，２２，・・・は、その上面の磁極は隣り合うもの同士が異極となるように配置されている。これらの隣り合う２つの永久磁石は、磁石ペアを構成しており、ここでは、２組の磁石ペアが設けられていることになる。永久磁石２２，２２，…は、図４のように、磁石ペアの４組を配置することもできる。このような構成により、駆動モータ１４の回転は、カップリング１５、マグネットベース１７を介して磁石ペア、つまり、永久磁石２２，２２…に伝えられる。

このような筐体６（磁場発生部３）の上方には、非磁性材製の溶解炉（溶解炉本体）２５が図示せぬ機構によって固定状態に設けられている。この溶解炉２５の底部２５Ａは、図１（ａ）からわかるように角度θだけ傾斜したものとなっている。これは、図２からわかるように、筐体６（磁場発生部３）をヒンジ４のまわりに持ち上げたときに、筐体６の上面と隙間なく当接させて、磁力線を極力利用するようにするためである。

このような図１、図２の装置を使用するには、図１の状態から筐体６（磁場発生部３）を図２のようにヒンジ４のまわりに持ち上げて図２の状態とする。この図２の状態において、各永久磁石２２，２２…からの磁力線は例えば図２に示すように溶けたアルミニュウム等の溶湯３０中を走る。

この図２の状態において、当初は、溶解炉２５中のアルミニウムを図示せぬバーナー等で溶解させて溶湯３０とする。この状態の溶湯にアルミニュウム屑を投入しながら、モータ１４により永久磁石２２，２２，…を回転させると、これらからの磁力線が溶湯３０を貫通した状態で移動する。つまり、溶湯３０に交番磁界が加えられる。これにより、渦電流が発生し、溶湯３０が、マグネットベース１７にほぼ垂直な軸の回りに、つまり、溶解炉２５中で斜めに傾いた状態で回転をはじめる。つまり、溶湯３０の面は、マグネットベース１７の面（持ち上げられた永久磁石２２の上面）とほぼ並行となって回転する。つまり、本装置においては、上述のように、永久磁石２２が角度θだけ傾斜した状態で回転する。仮に、水平（θ＝０°）の場合とすると、溶湯３０は中央部が凹んだ状態で回転する。この場合には、溶湯３０はその流れが整流に近いものとして回転する。これでは、アルミニュウムを高効率に溶解することはできない。これに対し、本実施例においては、角度θだけ傾いている。このため、溶湯３０は、図２に示すように、磁力線によって液面が傾いた状態で回転させられることになる。このため、溶湯３０の動きは変則的な激しい動きとなる。これにより、溶湯３０中に原材料（アルミニウムの削りくず等）を投入しても、原材料が溶湯３０中にそのまま浮かんでしまうことはなく、原材料は溶湯３０中に効率よく良く掻き混ぜられ、投入原材料は短時間で確実に溶解することになる。

このような攪拌を効果的に行うには、永久磁石２２の強度としては、溶解炉２５の底面の内側における磁場強度が０．２〜０．２Ｔ以上とするのが望ましい。また、永久磁石２２（磁石ペア）、つまり、マグネットベース１７の回転速度は、図３のように、永久磁石２２を磁石ペアの２組となるように配置した場合、６０−２５０ｒｐｍ程度が望ましい。即ち、この回転速度は、マグネットベース１７上に設ける永久磁石２２、２２・・・の数、つまり、永久磁石２２のうち、隣り合う、磁極の異なる一組の永久磁石２２，２２（磁石ペア）の数によって異なる。図３のように、磁石ペアが２組の場合は、６０−２５０ｒｐｍ程度であり、図４のように、４組の場合は、３０−１２５ｒｐｍ程度、さらに、８組の場合は、１５−６２．５ｒｐｍ程度である。つまり、磁石ペアがｎ組の場合は、（１２０／ｎ）―（５００／ｎ）ｒｐｍ程度とするのが望ましい。これらの回転数の意味するところは、次の通りである。マグネットベース１７の回転により、１秒間あたり、基準点を通り過ぎる磁石ペアの数が１つのとき周期が１Ｈｚであると定義する。この周期が、２―８．３３Ｈｚ程度となるような回転数で回転させるのが望ましいという意味である。

また、溶解炉２５は必ずしも底面が角度θだけ傾いていなくてもよく、θ以下の傾きでも、さらには図５からわかるようにθ＝０つまり水平であっても溶解できないことはない。

図６（ａ）、（ｂ）は、上述の図１、図２の装置を補助炉４１として用い、ここで溶解した溶湯をそれよりも大形の大型炉４２に流し込むようにした実施例を示す。即ち、補助炉４１で溶解させた溶湯４３は、補助炉４１と大型炉４２との間の仕切り４５の隙間４４からフレーム４６上の大型炉４２へ流入する。この図６において、図１、図２等におけると同等の部材には同一の符号を付している。

本発明の実施形態の縦断説明図及びその各部の拡大図。 図１の動作状態の縦断説明図。 図１の永久磁石の配置例を示す平面図及び側面図。 永久磁石の配置例の異なる例を示す平面図。 本発明の実施形態の異なる例を示す縦断説明図。 図１の装置を応用した炉の例の平面図及び縦断説明図。

符号の説明

３ 磁場発生部
４ ヒンジ
６ 筐体
１７ マグネットベース
２２ 永久磁石
２５ 溶解炉
３０ 溶湯
４１ 補助炉
４２ 大型炉
４３ 溶湯

Claims (10)

1. 原料を溶解させて溶湯とするための溶解炉本体と、
   前記溶解炉本体中の溶湯をそれに交番磁界を与えて攪拌する攪拌装置と、
   を備え、
   前記攪拌装置は、
   複数の磁石を有し、それらの磁石をそれらのうちのある磁石から出た磁力線が前記溶解炉本体中の前記溶湯中を通った後に別の磁石に戻るように配置し、且つ、それらの磁石は、水平面に対してある角度をもって傾いた傾斜面に沿って取り付けられており、前記傾斜面にほぼ垂直な軸のまわりに回転可能とされている、ことを特徴とする、攪拌装置付溶解炉。
2. 前記溶解炉本体の下方に前記攪拌装置が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置付溶解炉。
3. 前記磁石は、回転可能な回転板上に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の攪拌装置付溶解炉。
4. 前記回転板は、起伏して、溶解炉本体の底面に対する角度を調節可能に構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の攪拌装置付溶解炉。
5. 前記溶解炉本体の底面は前記攪拌装置の前記傾斜面に沿って傾斜していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の攪拌装置付溶解炉。
6. 前記磁石の回転速度は速度制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の攪拌装置付溶解炉。
7. 溶解炉本体中の溶湯をそれに交番磁界を与えて攪拌する攪拌装置であって、
   前記攪拌装置は、
   複数の磁石を有し、それらの磁石をそれらのうちのある磁石から出た磁力線が前記溶解炉本体中の前記溶湯中を通った後に別の磁石に戻るように配置し、且つ、それらの磁石は、水平面に対してある角度をもって傾いた傾斜面に沿って取り付けられており、前記傾斜面にほぼ垂直な軸のまわりに回転可能とされている、ことを特徴とする、攪拌装置。
8. 前記磁石は、回転可能な回転板上に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌装置。
9. 前記回転板は、起伏可能に構成され、その起伏によって前記ある角度を調節可能に構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の攪拌装置。
10. 前記磁石の回転速度は速度制御可能に構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の攪拌装置。

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