JP7559085B2 - スクラップ浸漬装置及び関連プロセス - Google Patents

Description

関連出願の参照
本出願は、参照によりその内容が全体として本明細書に組み込まれる、２０２０年４月２９日に出願され、「ＳＣＲＡＰ ＳＵＢＭＥＲＧＥＮＣＥ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ」と題する米国仮出願第６３／０１７，４０９号の利益を主張する。

本開示は、一般に冶金学に関し、より具体的には、溶融金属の混合、搬送、処理及び／または保持用の炉、溶融金属格納構造、及びスクラップ浸漬装置のための装置及びプロセスに関する。

材料（例えば、アルミニウム）を非鉄溶融金属炉（溶解炉または保持炉など）に流すことは、多くの理由で望ましい。いくつかの場合では、使用済み飲料缶（ＵＢＣ）やその他のスクラップなどのリサイクル材料を溶かしてから、他の材料源と組み合わせて、それからインゴットやその他の鋳造製品として鋳造する。

溶融アルミニウムは熱伝導率が低い。炉内の材料の表面に到達する熱は、材料の反対側の表面にゆっくりと到達する。ホットスポットが表面に発生して酸化を促進する可能性があるが、固体金属は炉の他の部分では比較的冷たいままである。混合されていない容積の材料は、反対側との間（または上部と下部の間）に大きな温度差がある場合がある。材料を攪拌すると対流が起こり、それは温度が均一になるのを助け、つまり、全体が同じ温度になる。混合は、リサイクル材料をより速く溶融するのにも役立つ。固体金属を溶融浴に混合すると、熱伝達が高くなり、固体が急速に溶融する。フラックスの同時添加により、金属から汚染物質と酸化物が除去され、金属の品質と金属の回収率が向上する。

実施形態という用語及び同様の用語は広義には、本開示の主題及び以下の特許請求の範囲のすべてを指すものとする。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定するものでもなく、以下の特許請求の範囲の意味または範囲を限定するものでもないと理解されるべきである。本明細書で網羅される本開示の実施形態は、この発明の概要ではなく、以下の特許請求の範囲によって定義される。この発明の概要は、開示の様々な態様の大まかな概要であり、以下の発明を実施するための形態のセクションでさらに説明される概念のいくつかを紹介する。この発明の概要は、特許請求される主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図していない。この主題は、本開示の明細書全体、任意またはすべての図面、及び各請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。

本発明の特定の実施形態によれば、炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置は、上部構造と、上部構造から下に伸びるシャフトと、シャフトの下端にあるインペラであって、複数のブレードであって、それぞれがブレード高さ及びブレード半径を有する複数のブレードと、プレートとを備え、ブレード半径に対するブレード高さの比が約０．３～約１である、インペラと、を備える。

本発明の特定の実施形態によれば、溶融金属リサイクルシステムは、主炉床と、サイドウェルと、主炉床をサイドウェルから分離する仕切り壁とを備える炉であって、この仕切り壁が、（ｉ）溶融金属がサイドウェルに入る入口ポートと、（ｉｉ）溶融金属がサイドウェルから出る出口ポートとを備える、炉と、炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、上部構造と、上部構造から下に延在するシャフトと、シャフトの下端のインペラとを備える、スクラップ浸漬装置とを備え、インペラは、インペラの半径方向流路がデフレクタブロックから約１インチから５インチ、オフセットされており、インペラの半径方向流路の前縁が入口ポートの縁部と整列される、ようにサイドウェル内に配置される。

他の目的及び利点は、以下の非限定的実施例の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本明細書は、以下の添付の図を参照しており、異なる図中での同様の参照番号の使用は、同様のまたは類似の構成要素を例示することを意図している。

本発明の特定の実施例によるスクラップ浸漬装置の概略側面図である。 本発明の特定の実施形態による炉の斜視図である。 図２Ａの炉のサイドウェルの上面図である。 図２Ｂのサイドウェルの側面図である。 図２Ｂのサイドウェルのデフレクタブロックの上面図である。 図２Ａの炉のサイドウェルの別の実施例の上面図である。 図２Ａのサイドウェルの斜視図である。 図２Ｂのサイドウェルのデフレクタブロックの斜視図である。 本発明の特定の実施例によるスクラップ浸漬装置の斜視図である。 Ａ、Ｂ及びＣは、図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの斜視図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの斜視図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの上面図である。 図７Ａのインペラアセンブリの断面図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの斜視図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの概略上面図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの底面斜視図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの上面斜視図である。 図１のスクラップ浸漬装置のインペラアセンブリの底面斜視図である。 実施形態による炉の上面図である。 図１１の線１２－１２に沿った図１１の炉の断面図である。 図１１の線１３－１３に沿った図１１の炉の断面図である。 図１１の炉のサイドウェルの一部分の上面図である。 実施形態による炉のサイドウェルの上面図である。 実施形態による炉のサイドウェルの上面図である。

本開示の実施形態の主題は、法定要件を満たすために特異性をもって本明細書に説明されているが、この説明は、必ずしも特許請求の範囲を限定することを意図していない。特許請求された主題は、他の方法で具現化され得、異なる要素またはステップを含み得、他の既存のまたは将来の技術と併せて使用され得る。この説明は、個々のステップの順序または要素の配置が明示的に記述されている場合を除き、多様なステップまたは要素の中のまたはそれらの間の特定の順序または配置を暗示するとして解釈されるべきではない。「上」、「下」、「上部」、「底部」、「左」、「右」、「前部」、及び「後部」などの方向の参照は、とりわけ構成要素及び方向が参照している１つの図（または複数の図）中に示され、説明される向きを参照することを意図している。

本明細書に開示の範囲はすべて、それらに包含される任意のあらゆる部分範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、記載されている「１～１０」という範囲には、最小値１と最大値１０の間のあらゆる部分範囲（１及び１０を含む）が含まれるとみなすべきであり、すなわち、すべての部分範囲は、１以上の最小値（例えば、１～６．１）から開始され、かつ１０以下の最大値（例えば、５．５～１０）で終了する。

本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の意味は、別段文脈により明確に指示されない限り、単数形及び複数形の言及を含む。

スクラップ浸漬装置及びリサイクルシステム
図１は、インペラ１００、シャフト２００、上部構造３００、及びカウンターウェイト４００を含むことができるスクラップ浸漬装置１０００を示す。スクラップ浸漬装置１０００は、炉１０に隣接して配置される（図２Ａ参照）。スクラップ浸漬装置１０００は、リサイクルシステムのコンポーネントとして炉１０と組み合わせることができる。コントローラ（図示せず）は、スクラップ浸漬装置１０００及び／またはリサイクルシステムに設けられてもよく、スクラップ浸漬装置１０００及び／またはリサイクルシステム（またはスクラップ浸漬装置１０００を利用する他のシステム）の様々なコンポーネントまたはサブコンポーネントに通信可能に結合され得て、使用中のスクラップ浸漬装置１０００及び／またはリサイクルシステムの様々な態様を制御することができる。いくつかの非限定的な例として、以下で詳細に説明するように、コントローラを利用して、質量流量、スクラップ浸漬装置１０００の回転速度、溶融金属内のスクラップ浸漬装置１０００の高さ、炉１０の表面に対するスクラップ浸漬装置１０００の高さ、スクラップ浸漬装置１０００の角度、他のコンポーネントに対するスクラップ浸漬装置１０００の位置、インペラのポンピング数（インペラ１００の効率の尺度を提供する）、インペラのポンピング速度、それらの組み合わせなどの、スクラップ浸漬装置１０００及び／またはリサイクルシステムの態様、または、スクラップ浸漬装置１０００及び／またはリサイクルシステムの他の適切な態様を制御することができる。

いくつかの場合では、スクラップ浸漬装置１０００は、インペラ１００及びシャフト２００の少なくとも一部分を、炉１０のサイドウェル１１に出入りするように上昇及び下降させる。スクラップ浸漬装置１０００は、インペラ１００がサイドウェル１１内の溶融金属に沈められる動作位置と、サイドウェル１１内の溶融金属と接触しないようにインペラ１００がサイドウェル１１から持ち上げられる後退位置とを有することができる。以下により詳細に説明するように、インペラ１００は、インペラ１００及びブレード（複数可）１０１がシャフト２００の軸Ｖの周りを回転するように、少なくとも１つのブレード１０１を含む。インペラ１００及びブレード（複数可）１０１の回転は、細断されたＵＢＣまたは他のスクラップ材料を混合し、サイドウェル１１内の溶融アルミニウム中に沈める。

図２Ａに示すように、炉１０は、炉１０の主炉床１０．１をサイドウェル１１から分離する仕切り壁１０．２を含むことができる。仕切り壁１０．２は、入口ポート１３及び出口ポート１４を含み、溶融金属が主炉床１０．１とサイドウェル１１との間を移動できるようにすることができる。主炉床１０．１は、主炉床ランプ１０．３を含むことができる（図２Ｆを参照）。いくつかの例では、入口ポート１３は、デフレクタブロック１２の近くに配置される。図２Ｂは、サイドウェル１１の上面図を示し、インペラ１００によって生成される半径方向流路１００．１を示す（すなわち、インペラ１００の全運動経路を示す）。いくつかの例では、インペラ１００は、出口ポート１４よりも入口ポート１３の近くに配置される。炉１０は、約７００℃から９００℃の温度の溶融アルミニウムを含むことができるが、他の温度を使用することもできる。様々な例において、図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｅに最もよく示されているように、入口ポート１３の下流側のサイドウェル１１の部分１７は、任意選択で、丸みを帯びた表面を有し得る。特定の態様では、サイドウェル１１の部分１７は、デフレクタブロック１２に近接していてもよい。部分１７の丸みを帯びた表面は、インペラ１００への溶融金属の流れを方向付け及び／または促進することができ、溶融金属内の潜在的なデッドゾーン（すなわち、流れが減少する領域）を減少させることができる。

いくつかの例では、デフレクタブロック１２は、仕切り壁１０．２に取り付けることができ、インペラ１００に面するほぼ平坦な表面１２．１を有することができる（図２Ｄ）。図２Ｄに示されるように、デフレクタブロック１２はまた、前面１２．２及び後面１２．３を有することができる。いくつかの例では、サイドウェル１１内の溶融金属の流れを最適化するために、インペラ１００とデフレクタブロック１２との間の相対的な位置が制御される。例えば、図２Ｂ及び２Ｄに示すように、インペラ１００（またはインペラ１００のブレード１０１）とデフレクタブロック１２のほぼ平坦な表面１２．１との間の距離は、距離Ｘとして定義される。いくつかの場合では、インペラ１００（またはブレード１０１）の半径方向流路１００．１の最も前方のポイント（図２ＢのポイントＺを参照）は、デフレクタブロック１２の前面１２．２とほぼ整列されている。インペラ１００の半径方向流路１００．１の最も前方のポイントが入口ポート１３の縁部と整列するように、前面１２．２はまた入口ポート１３の一方の縁部と整列され得る。いくつかの例では、距離Ｘは約０インチから１０インチ（０ｃｍから２５．４ｃｍ）であるが、炉１０及びサイドウェル１１の全体的な構成及びサイズに応じて、他の距離を使用することができる。いくつかの場合では、距離Ｘは約１インチから５インチ（２．５ｃｍから１２．７ｃｍ）である。いくつかの例では、距離Ｘは、約３インチから４インチ（７．６２ｃｍから１０．２ｃｍ）である。

デフレクタブロック１２に対するインペラ１００の位置を最適化すると、サイドウェル１１内に流れ込む溶融金属の質量流量（いくつかの場合では、金属はオレンジ色に見える）、渦のサイズ（これは、スクラップが下方に引っ張られるように浸漬効率に影響するが、過剰な酸化を引き起こすほど大きくはならない）、以下でより詳細に説明するような、生成されるドロスボールのサイズ、及び／またはサイドウェル１１内の溶融金属の流れのパターン、のうち少なくとも１つに影響を与えることができる。さらに、インペラ１００の最適な位置は、デフレクタブロック１２の浸食及びサイドウェル１１内の材料の蓄積により、経時的に変化する可能性がある。侵食に基づいて、いくつかの場合では、インペラ１００（または少なくとも１つのブレード１０１）は、約１０日から４０日の運転ごとに交換されるべきである。図２Ｆに示されるように、サイドウェル１１は、出口ポート１４を越えてインペラ１００からサイドウェル１１の反対側の端部に炉床ランプ１５を含むことができる。

入口ポート１３及び出口ポート１４はそれぞれ、サイドウェル１１を通る溶融金属の流れを最適化する寸法及び断面積を有することができる（図２Ｂ及び２Ｃを参照）。いくつかの例では、入口ポート１３は、約３０インチから４２インチ（７６．２ｃｍから１０６．７ｃｍ）の入口幅Ｗ_ｉと、約１２インチから２４インチ（３０．５ｃｍから６１ｃｍ）の入口高さＨ_ｉを有するが、他の幅と高さも想定される。いくつかの場合では、入口幅Ｗ_ｉは約３４インチから３８インチ（８６．４ｃｍから９６．５ｃｍ）であり、入口高さＨ_ｉは約１６インチから２０インチ（４０．６ｃｍから５０．８ｃｍ）である。入口幅Ｗ_ｉは約３５．８インチ（９１ｃｍ）であってもよく、入口高さＨ_ｉは約１８．１インチ（４６ｃｍ）であってもよい。いくつかの例では、出口ポート１４は、約３０インチから４２インチ（７６．２ｃｍから１０６．７ｃｍ）である出口幅Ｗ_ｅと、約３インチから１５インチ（７．６２ｃｍから３８．１ｃｍ）である出口高さＨ_ｅとを有するが、他の幅と高さも想定される。特定の例では、出口高さＨ_ｅは任意選択で入口高さＨ_ｉよりも小さい。様々な態様において、出口高さＨ_ｅ及び入口高さＨ_ｉはそれぞれ、炉内の最低溶融金属レベルよりも低い。いくつかの場合では、出口幅Ｗ_ｅは約３４インチから３８インチ（８６．４ｃｍから９６．５ｃｍ）であり、出口高さＨ_ｅは約７インチから１１インチ（１７．８ｃｍから２７．９ｃｍ）である。出口幅Ｗ_ｅは約３５．８インチ（９１ｃｍ）であり、出口高さＨ_ｉｅは約９．１インチ（２３ｃｍ）である。

いくつかの例では、入口ポート１３は、約４２インチ（１０６．７ｃｍ）の入口幅Ｗ_ｉ及び約２１インチ（５３．３ｃｍ）の入口高さＨ_ｉを有し、上部コーナーはそれぞれ半径４インチのフィレットを含み得る（図２Ｃに示されるように、上部コーナー１３．１）。いくつかの場合では、出口ポート１４は、約４０インチ（１０１．６ｃｍ）の出口幅Ｗ_ｅ及び約１６インチ（４０．６ｃｍ）の出口高さＨ_ｅを有し、上部コーナーはそれぞれ半径４インチのフィレットを含み得る（図２Ｃに示されるように、上部コーナー１４．１）。図２Ｅ及び２Ｆに示されるように、出口ポート１４は、仕切り壁１０．２に対して角度θで角度付けられ得、出口ポート１４は、仕切り壁１０．２に対して垂直ではなくなり、出口ポート１４を通る流れの少なくとも一部が主炉床ランプ１０．３を上る方向に向けられる。特定の場合では、入口ポート１３は仕切り壁１０．２に対して実質的に垂直であり、出口ポート１４の中心軸が入口ポート１３の中心軸と平行にならないように、出口ポート１４は入口ポート１３に対して角度θで延在する。いくつかの場合では、角度θは、約０°よりも大きく約４５°までであるが、他の適切な角度が使用されてもよい。例えば、他の場合では、角度θは約１０°から約５０°である。非限定的な一例では、角度θは約３０°である。特定の態様では、角度θは、溶融金属が主炉床に戻る流れを促進することができる。いくつかの態様では、角度θは、サイドウェル１１の容積または表面積、及び主炉床１０．１の容積または表面積に依存し得る。

入口ポート１３の面積と出口ポート１４の面積との間に比率があってもよい。入口ポート１３及び出口ポート１４の面積は、上述のそれぞれの幅と高さの積に基づいて計算することができる。いくつかの例では、サイドウェル１１内の循環流を最適化するために、出口ポート１４の面積（出口幅Ｗ_ｅ×出口高さＨ_ｅ）は、入口ポート１３の面積（入口幅Ｗ_ｉ×入口高さＨ_ｉ）よりも小さい。例えば、出口ポート１４の面積は、入口ポート１３の面積の５０％～９０％からなど、入口ポート１３の面積の約５０％～１００％であり得る。入口ポート１３よりも小さい出口ポート１４を構築することは、サイドウェル１１内に背圧を生じさせることができて、サイドウェル１１内の溶融金属のより良好な撹拌を可能にすることができる。いくつかの場合では、出口ポート１４の面積は、入口ポート１３の面積の約７０％から８０％であるが、他の比率を使用することもできる。出口ポート１４の面積は、入口ポート１３の面積の約７６％であってもよい。実験に基づいて、出口ポート１４が大きすぎると、主炉床１０．１内の速度が遅くなり、サイドウェル１１の質量流量が高くなる可能性があることがわかっている。出口ポート１４が小さすぎると、主炉床１０．１内の速度が速くなり、サイドウェル１１で質量流量が低くなる可能性がある。

デフレクタブロックを含まないサイドウェル１１と比較して、デフレクタブロック１２の追加は、スクラップ浸漬装置１０００の動作中の質量流量を例えば２０～３０％以上増加させることができる。いくつかの場合では、デフレクタブロック１２を追加すると、スクラップ浸漬装置１０００の動作中の質量流量が約２４．５％増加する。この効果は、デフレクタブロック１２がない場合、インペラ１００が入口ポート１３のすぐ下流に渦流を生じさせ、溶融金属の流れが粘性消散及び運動量伝達のために自由表面に向かって上向きに移動するにつれて質量流量を減少させるためである。デフレクタブロック１２を追加すると、入口ポート１３のすぐ下流で渦流が減少し、したがって、溶融金属がより均一にインペラ１００に向けられる。

図３に示されるように、いくつかの例では、デフレクタブロック１２は、湾曲したデフレクタブロック１２ａに置き換えられ得る。湾曲したデフレクタブロック１２ａは、デフレクタブロック１２のほぼ平坦な表面１２．１（インペラ１００から距離Ｘだけオフセット）が曲面１２ａ．１に置き換えられていることを除いて、デフレクタブロック１２と同様である。いくつかの場合では、曲面１２ａ．１の曲率は、インペラ１００の曲率に関連しない。他の例では、曲面１２ａ．１の曲率は、インペラ１００の曲率とほぼ一致しており、その結果、曲面１２ａ．１はインペラ１００の中心を中心として置かれ、曲面１２ａ．１の半径はインペラ１００の半径よりわずかに大きい。曲面１２ａ．１とインペラ１００との間のそのような関係に基づいて、いくつかの場合では、曲面１２ａ．１とインペラ１００との間のオフセット距離（例えば、図２Ｂ及び２Ｄの距離Ｘを参照）は、曲面１２ａ．１の長さに沿ってほぼ一定である。いくつかの例では、湾曲したデフレクタブロック１２ａは、デフレクタブロック１２の耐用年数と比較して改善された耐用年数を有する。

図４に示されるように、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）は、デフレクタブロック１２が炉１０のサイドウェル１１から取り外し可能であるように、スクラップ浸漬装置１０００に取り付けることができる。いくつかの例では、アーム１２．４が上部構造３００から延在し、デフレクタブロック１２がアーム１２．４に取り外し可能に取り付けられる。いくつかの例では、アーム１２．４は、上部構造３００に取り外し可能に取り付けられる。この配置に基づいて、デフレクタブロック１２は、溶融金属の炉を空にすることなく（すなわち、オンザフライで）交換することができ、ダウンタイムを短縮し、リサイクルプロセスの全体的な効率を高める。さらに、スクラップ浸漬装置１０００に対してデフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）を取り付けることにより、デフレクタブロック１２の繰り返し可能な、一定の、予測可能な位置が可能になる。上述のように、いくつかの場合では、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）とインペラ１００との間の相対的な位置が、溶融金属の流れ及びリサイクルシステムの全体的な効率に影響を与える。

いくつかの場合では、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）の材料は、低セメント耐火スラリー及びステンレス鋼繊維または炭素繊維を含むプレキャスト耐火複合材料を含む。いくつかの例では、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）の材料は、セラミック及び金属材料を含む。酸化物ベースの耐火材料は溶融アルミニウムに対する合理的な化学的／冶金的耐性を有するが、デフレクタブロック１２を十分に支持するのに十分な強度を有していない可能性がある（特に、上述のようにデフレクタブロック１２がスクラップ浸漬装置１０００に取り付けられ、炉１０から分離されているとき）。いくつかの場合では、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）は、酸化物ベースの耐火材料によって少なくとも部分的にカプセル化された骨格として機能する金属プリフォームを含む。金属プリフォームは、鋼、ステンレス鋼、鉄、鋳鉄、チタン、マグネシウム、インコネル、または他の適切な材料であってもよい。いくつかの場合では、金属プリフォームは３１０ステンレス鋼である。酸化物ベースの耐火材料内に金属合金プリフォームをカプセル化することにより、必要な機械的強度と必要な化学的／冶金的耐性の両方を備えたブロックを製造できる。

インペラの構成と材料
インペラ１００の様々な例が、図５Ａ～１０Ｃに示されている。インペラ１００の図示された例は３つのブレード１０１を含むが、インペラ１００は、たった１つという場合も含んで任意の数のブレード１０１を含むことができる。インペラ１００は、ブレード（複数可）１０１がシャフト２００から半径方向に延在するように、シャフト２００の下端近くに取り付けられてもよい。いくつかの例では、インペラ１００は、ブレード（複数可）１０１を接続するプレート１０２を含む。図５Ａ及び５Ｂに示すように、プレート１０２は、プレート１０２の下面がブレード（複数可）１０１の下面と整列されるように、ブレード（複数可）１０１の下縁部（複数可）に取り付けられてもよい。他の例では、プレート１０２は、ブレード（複数可）１０１の他の部分（複数可）に取り付けられる。例えば、図５Ｃに示されるように、プレート１０２は、ブレード（複数可）１０１の下縁部（複数可）と上縁部（複数可）との間のほぼ中間に取り付けられ得る。プレート１０２は、例えば、三角形、長方形、または正方形を含む任意の適切な形状を有することができる。図５Ａ～７Ａに示されるように、プレート１０２は円板形状を有し得る。プレート１０２の幅／直径は、プレート１０２が各ブレード１０１の最外縁部まで延在するように、ブレード（複数可）の合計直径Ｄに等しくてもよく（図７Ａ及び９を参照）、または、図面に示されるように、プレート１０２の幅／直径は、プレート１０２が各ブレード１０１の最外縁部まで延在しないように、ブレード（複数可）１０１の合計直径Ｄよりも小さくてもよい。いくつかの例では、プレート１０２の幅／直径は、ブレード（複数可）１０１の合計直径Ｄの約半分である。プレート１０２は、ブレード１０１及びインペラ１００全体に強度を加えると同時に、また溶融金属内の上向きの渦を最小限に抑え、下向きの渦を誘発してリサイクル材料（例えば、細断されたＵＢＣまたは他のスクラップ）を沈め、混合するのを助けることができるようにする。

図６及び７Ｂに示すように、シャフト２００は、ショルダ２０１及びカップリング２０２を含み得る。カップリング２０２は、インペラ１００が上部構造３００に取り外し可能に取り付けられることを可能にする。ショルダ２０１は、カップリング２０２を保護し、カップリング２０２に到達する溶融金属のスプラッシュを減少させる。いくつかの例では、カップリング２０２は、上部構造３００に取り付けるためのねじ穴２０３を含む。

いくつかの場合では、インペラ１００及びブレード１０１の材料は、（１）内部骨格、及び（２）内部骨格の少なくとも一部分が外部コーティングによって封入される外部コーティングを含む。図７Ｂに示すように、内部骨格は、シャフト骨格２００．１、少なくとも１つのブレード骨格１０１．１、及びプレート骨格１０２．１を含むことができる。外部コーティングは、シャフトコーティング２００．２、少なくとも１つのブレードコーティング１０１．２、及びプレートコーティング１０２．２を含むことができる。各ブレード骨格１０１．１は、外部コーティングの材料が少なくとも１つの穴１０３を通って流れて、内部骨格と外部コーティング間のアタッチメントの強度／完全性を強化するように、少なくとも１つの穴１０３を含むことができる。いくつかの例では、内部骨格は、鋼、ステンレス鋼、鉄、チタン、マグネシウム、インコネル、または任意の他の適切な材料である。いくつかの場合では、内部骨格は鋳鉄である。外部コーティングは、低セメント耐火性スラリー及び金属材料（例えば、ステンレス鋼繊維または針）を含む耐火複合材料であってもよい。いくつかの例では、インペラ１００及びブレード１０１の材料は、セラミック及び金属材料を含む。いくつかの場合では、インペラ１００及びブレード１０１の材料は、およそ５％～５０％ステンレス鋼の針を含む。ステンレス鋼は、３１０ステンレス鋼または任意の他の適切なステンレス鋼を含むことができる。

インペラ／ブレード形状及び性能
いくつかの例では、スクラップ浸漬装置１０００は、サイドウェル１１内に攪拌を生じさせ、これは、リサイクル材料を溶融金属と混合及び溶融するのを助ける。インペラ１００を溶融金属内に挿入し、回転させて、各インペラブレード１０１に隣接する溶融金属内にバルク運動及び小規模運動渦の両方を生じさせることができる（乱流を仮定）。インペラ１００を回転させるには機械的エネルギーが必要であり、これはエネルギーを溶融金属に伝達する。

各ブレード１０１は、ブレード１０１の中心面がインペラ１００の軸Ｖと交差する（及び／または同一平面上にある）ように設計されているので、インペラ１００は、主に溶融金属に半径方向の流れを生じさせるように設計することができる（図６参照）。本明細書に記載される半径方向の流れとは、インペラ１００の軸Ｖに垂直な平面内で発生する流れを指す。代替のインペラ構成には、例えば、傾斜ブレード（インペラ１００の軸Ｖと交差する、または同一平面上にないブレード１０１の中心面を持たない）が含まれる。傾斜ブレード構成は、流れのより重要な部分がインペラ（例えば、ボートのプロペラ）の軸Ｖに平行になるように、より多くの軸方向成分を有する流れを作り出す。図８は、インペラ１００のシャフト２００の直径がその長さに沿って変化するインペラ１００の別の例を示す。図８に示すように、シャフト２００の直径は、ショルダ２０１の近くで直径が増加するように先細になっていてもよい。

図９は、３つのブレード１０１を含むインペラ１００の概略上面図を示す。インペラ１００の時計回りの回転は、各ブレード１０１の前面３１に隣接する溶融金属内に増加した（正の）圧力を生成し、後面３２に隣接する溶融金属内に減少した（負の）圧力を生成する。インペラ１００が回転すると、流体（溶融金属）が各ブレード１０１の表面に沿ってブレード１０１の最外先端１０１．３（または最外縁部）の周りで半径方向に流れ、流体はより低速の他の流体と混合し、自由渦４１を作成することができる。インペラ１００が浸漬されているため（以下に説明するように、溶融金属の表面よりもサイドウェル１１のフロア１１．１に近い）、流体の少なくとも一部がインペラ１００に向かって下方に引っ張られる。この下向きの流れは、リサイクル材料（例えば、細断されたＵＢＣまたは他のスクラップ）が溶融金属の表面から下向きに引っ張られるように観察され得る。いくつかの場合では、下向きの流れは、シャフト２００及び／または軸Ｖを中心とする渦も含む（図６を参照）。ブレード１０１の最外先端１０１．３の周りで半径方向に移動する流れに加えて、各ブレード１０１はまた、ブレード１０１の上縁部またはブレード１０１の下縁部を越えて移動する（ブレード１０１の前面３１からブレード１０１の後面３２までのような）接線方向の流れを誘発することができる。いくつかの場合では、ブレード１０１の上部及び／または底部にわたる流れは線形渦を生成する。いくつかの非限定的な例では、約１０インチ以下の高さＣ（図６参照）を有するブレード１０１について、流れは、ブレード１０１の上部を流れる部分とブレード１０１の下を流れる部分との間でほぼバランスが取れている。いくつかの非限定的な例では、約１０インチ以上の高さＣを有するブレード１０１について、ブレード１０１の下を移動する流れと比較して、より高い割合の流れがブレード１０１の上部を移動する。いくつかの場合では、ブレードの高さ（すなわち、高さＣ）が増加すると、ブレード１０１の後面３２での渦度が増加し、後続のブレードの前面３１から追加の溶融金属を引き込み、金属の最上部表面での下方への浸漬が増加する。

いくつかの場合では、（ブレード１０１の底部とサイドウェル１１のフロア１１．１との間の距離に起因して）ブレード１０１の底部に向かって移動する流れは、後面３２から次のブレード１０１の前面３１まで上方にその上にわたって向け直される。さらに、ブレード１０１の底部に向かって移動する流れの一部は、プレート１０２と相互作用し、ブレード１０１の半径方向下部先端（すなわち、最外先端１０１．３の底部）に向け直され、全体の効率を高める。

無次元ポンピング数は、インペラ１００の効率の尺度を提供する。いくつかの例では、ポンピング数Ｎ_ｐは、

として定義され、ここで、Ｑはインペラのポンピング速度（ｍ^３／分）、Ｎはインペラの速度（ＲＰＭ）、Ｄはインペラの直径（メートル）である。

ブレード（複数可）１０１を含むインペラ１００の形状は、スクラップ浸漬装置１０００の効率を最適化するように調整することができる。例えば、各ブレードの半径、またはシャフト２００の外面から各ブレード１０１の最外先端１０１．３までの長さ（半径寸法）（図５Ａ、５Ｂ、及び７Ｂの半径Ａ及びＢを参照）を変更して、特定の炉１０の特性に合わせる、及び／またはスクラップ浸漬装置１０００の性能を最適化することができる。いくつかの場合では、図５Ａに示すように、半径Ａは約１４インチから１８インチ（３５．６ｃｍから４５．７ｃｍ）であるが、他の適切な寸法を使用することができる。インペラの全体の直径は、約３２インチから３８インチ（８１．３ｃｍから９６．５ｃｍ）とすることができるが、他の適切な直径を使用することができる。いくつかの例では、半径Ａは約１６インチ（４０．６ｃｍ）であり、インペラの合計直径Ｄは約３５インチ（８８．９ｃｍ）であるが、他の適切な寸法を使用することができる。半径Ａは、約１４．５インチ（３６．８ｃｍ）であり得る。いくつかの場合では、図５Ｂに示すように、半径Ｂは約１０インチから１４インチ（２５．４ｃｍから３５．６ｃｍ）であるが、他の適切な長さを使用することができる。インペラの合計直径Ｄは、約２４インチから３０インチ（６１ｃｍから７６．２ｃｍ）であり得るが、他の適切な寸法を使用することができる。いくつかの例では、半径Ｂは約１２インチ（３０．５ｃｍ）であり、インペラの合計直径Ｄは約２７インチ（６８．６ｃｍ）である。シャフト２００の直径は、約１インチから５インチ（２．５４ｃｍから１２．７ｃｍ）とすることができるが、他の適切な寸法を使用することができる。いくつかの例では、シャフト２００の直径は約３インチ（７．６２ｃｍ）である。いくつかの場合では、シャフト２００の直径は約６インチ（１５．２ｃｍ）である。図８に示すように、いくつかの場合では、シャフト２００の直径は、シャフトの長さに沿って変化し、ショルダ２０１に向かって上に移動するとき、概して増加する。

各ブレード１０１の高さ（垂直寸法）も、特定の炉１０の特定の必要性に適合するように、及び／またはスクラップ浸漬装置１０００の性能を最適化するように変えることができる。いくつかの場合では、高さＣ（図６及び７Ｂを参照）は約５インチから１６インチ（１２．７ｃｍから４０．６ｃｍ）であるが、他の適切な高さを使用することもできる。いくつかの例では、高さＣは約７．７５インチ（１９．７ｃｍ）である。いくつかの場合では、高さＣは約１０インチ（２５．４ｃｍ）である。いくつかの例では、高さＣは約１３インチ（３３ｃｍ）である。いくつかの場合では、ブレード１０１の高さを高くすると、サイドウェル１１を通過する質量流量、及び溶融金属内でリサイクル材料の固体片を混合及び溶融する能力に関連するより良い結果が生じる。ブレード１０１の高さを高くすることは、サイドウェル１１と主炉床１０．１の両方でより強い渦に寄与することもでき、これにより溶融速度が改善される。入口ポート１３付近に形成された渦は、サイドウェル１１を通過する質量流量の減少に寄与することができ、そのような渦の形成は、ブレードの高さとともに増加し得る。いくつかの例では、様々な要因（例えば、形状、インペラ速度など）が調整されるとき、入口ポート１３を通る質量流量が脈動し、それによりインペラの形状、インペラの位置、デフレクタブロックの位置、及び溶融金属レベルの組み合わせが、炉性能の対応する増加を引き起こす共振挙動を励起することができる。いくつかの場合では、フロア１１．１に近く、及びインペラ１００の下でのより高い速度は、サイドウェル１１を通る流れを増加させることができる。

ブレード高さＣとブレード半径（すなわち、半径Ａまたは半径Ｂ）との比率は、約０．４３から約１．１４、または他の適切な比率とすることができる。いくつかの例では、ブレード高さＣのブレード半径に対する比率は、約０．５から約１など、約０．３から約１である。いくつかの場合では、ブレード高さＣとブレード半径の比率は約０．９である。

図１０Ａ～１０Ｃに示すように、ブレード１０１は、インペラ１００に隣接する溶融金属の流れの効率を高めるように設計された追加の特徴を含むことができる。一例として、ブレード１０１は、最外先端１０１．３に半径方向延長部１０４を含むことができる。半径方向延長部１０４は、ブレード１０１の前面３１からほぼ接線方向に延在することができる。半径方向延長部１０４は、最外先端１０１．３（自由渦に関連する）での損失を減少させることができ、したがってポンピング数を増加させる。いくつかの例では、半径方向延長部１０４は、前面３１の先端に鋭いナイフエッジを有する。図１０Ｂに示すように、インペラ１００は、各ブレード１０１の最外先端１０１．３に取り付けられる、インペラ１００の全周の周りに延在するリング１０５を含み得る。いくつかの場合では、図示のように、リング１０５は、最外先端１０１．３の底部に取り付けられ、ブレード１０１のこの部分を補強する。図１０Ｃに示すように、ブレード１０１は、ブレード１０１の上縁部に上部延長部１０６を含むことができる。上部延長部１０６は、ブレード１０１の前面３１からほぼ接線方向に延在することができる。上部延長部１０６は、ブレード１０１の上縁部での損失を減少させることができ、したがってポンピング数を増加させる。いくつかの例では、上部延長部１０６は、前面３１の先端に湾曲した形状、尖った形状、または鋭いナイフエッジを有する。図１０Ｃは、上部延長部１０６と半径方向延長部１０４の両方を含むが、リング１０５を含まない例を示しているが、インペラ１００は、これらの特徴の任意の組み合わせ（例えば、これらの特徴の１つ、２つ、または３つすべての任意の組み合わせ）を含むことができる。図１０Ｃの構成は、半径方向延長部１０４がブレード１０１の側面に沿って延在し、上部延長部がブレード１０１の上縁部に沿って延在しており、インペラ１００が回転するにつれて溶融金属にかかる圧力が増加する。

塩とドロスの形成
炉１０のサイドウェル１１への塩フラックス（塩とも呼ばれる）の添加は、炉１０及びリサイクルプロセスの効率を高める。塩は、塩供給管１６（図２Ｆ参照）を通して加えることができる。いくつかの例では、塩供給管１６は、入口ポート１３と出口ポート１４との間の仕切り壁１０．２に配置される。いくつかの場合では、塩が細断された材料に混ぜられることがある。いくつかの場合では、中空インペラを通して塩を添加してもよい。そのような例では、インペラのシャフトは中空であってもよく、中空シャフトによって塩が注入されることを可能にできる。いくつかの場合では、加える塩の量はチャージ投入重量の約１％から３％である。いくつかの例では、加える塩の量はチャージ投入重量の約２％から５％である。いくつかの場合では、加える塩の量はチャージ投入重量の約２％である。

リサイクルプロセスの効率を最大化するには、炉から除去される溶融金属の量を最小限に抑えることと同時に、可能な限り不純物（ドロスなど）を溶融金属から除去する必要がある。スクラップ浸漬装置１０００及びスクラップ浸漬装置１０００によって生成される関連する流体の流れは、溶融金属を循環させ、ドロスを蓄積させる。いくつかの場合では、ドロスが球状（ドロスボールとも呼ばれる）の形で蓄積する。ドロスボールは、主に塩、酸化物、酸化被膜、スピネル、及びケイ酸塩を含んでいる可能性がある。いくつかの場合では、塩フラックス投入は、ドロスボールの特性に基づいて適応される必要があり、それにより、（ｉ）ドロスボールが溶融金属（例えば、アルミニウム）に完全に覆われている場合、より多くの塩が必要であり、（ｉｉ）ドロスボールがアルミニウムから完全に脱湿されている場合は、塩の添加は中断する必要がある。塩が多すぎると、ドロスボールが付着して凝集する可能性がある。塩は、溶融金属の融点と比較して、より低い融点（約６５７℃）を有し得る。しかしながら、炉に入れても塩はすぐには分解及び／または溶融されない。ドロス層に塩を加えることにより、塩には、インペラ１００にあるリサイクル材料の近くで溶けてドロスボールの生成を開始する時間が与えられる。いくつかの例では、塩の追加の頻度と場所も、リサイクルプロセスの効率に影響を与え得る。いくつかの場合では、塩にはＮａＣｌ及び／またはＫＣｌが含まれ、活性フッ化物成分も含まれ得る。いくつかの例では、塩は、４７．５％の塩化ナトリウム、４７．５％の塩化カリウム、及び５％の氷晶石を含む。

ドロスボールを最適化する（すなわち、炉から除去される不純物を最大化する一方で、炉から除去される溶融金属を最小化もする）ために、いくつかの場合では、ドロスボールは、形成された後、インペラ１００の近くで生成される渦に少なくとも１回押し込まれ、これにより、各ボールに収集される酸化物の量が増加する。いくつかの例では、ドロスボールは、サイドウェル１１の炉床ランプ１５の近くに蓄積する（図２Ｆを参照）。ドロスボールの直径は、約０．３インチから２．５インチ（０．７６ｃｍから６．３５ｃｍ）であり得るが、他のサイズも想定される。いくつかの例では、ドロスボールの平均サイズは、約１インチから２インチ（２．５ｃｍから５ｃｍ）である。いくつかの場合では、ドロスボールの平均サイズは約１インチである。ドロスボールのサイズは、塩の投入量、インペラ１００とデフレクタブロック１２との間の間隙の大きさ、スクラップ浸漬装置１０００の回転速度、及び他の要因によって影響を受ける可能性がある。本明細書に開示される溶融アルミニウム炉のいくつかの例では、ドロスボールは少量のアルミニウムを含み、いくつかの場合では約３％のアルミニウムである。いくつかの例では、ドロスボールには３％～１５％のアルミニウムが含まれる。いくつかの場合では、ドロスボールには５％～７％のアルミニウムが含まれる。これは、収集されたドロスが３５％～８５％のアルミニウムを含む従来のアルミニウム炉（例えば、循環ポンプ及び別個の混合装置を含むもの）からのドロスよりも大幅に少なくなる。これらの従来の炉は、ドロスを生成する可能性があるが、ドロスボールは生成しない。ドロスボールは、アルミニウムの量が少ないため、（従来の炉で収集されたドロスと比較して）取り扱い及び溶融金属からの分離が容易である。さらに、ドロスボールは発煙やテルミット反応しない。いくつかの場合では、ドロスボールの平均組成は、６５％の固体物（例えば、スピネル、酸化アルミニウム、ケイ酸塩を含む）、８％のアルミニウム、２５％の塩（例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、微量フッ化物）、２％のＡｌ_４Ｃ_３であり、ＡｌＮは、検出される場合も検出されない場合もある。従来のドロスと比較して、ドロスボールに含まれるアルミニウムの量が大幅に少ないため、アルミニウムの製造に必要なコストとエネルギーが削減される。

ドロスボールは蓄積し、炉床ランプ１５の近くにドロスボールの深い層を形成する可能性がある。インペラ１００に隣接する領域は、ドロスボールの濃度が最も低いか、またはドロスボールの薄い層を有し得る。炉１０内の溶融金属の容積は、ドロスボールが主炉床１０．１内に移動するのを防止するために、金属の表面（ドロスボールが位置する場所）が出口ポート１４の上に留まるように制御することができる。スクラップ浸漬装置１０００の作動中、小さいボールは酸化物の除去及び塩の吸収においてより効果的であるため、小さいボールを残しつつ大きいドロスボールを除去することが有用であり得る。ドロスボールは、ドロス層の下部でより大きくなる。したがって、大きなドロスボールを取り除くには、表面の小さなドロスボールの層を押しのけて、下にある大きなボールを露出させる必要があり得る。

インペラの速度と位置
スクラップ浸漬装置１０００の動作中、インペラ１００の位置及び回転速度を調整して、混合及びリサイクルプロセスの全体効率を最適化することができる。いくつかの場合では、インペラ１００の速度は、炉内の金属の量に基づいて変化する。いくつかの場合では、インペラ１００の速度は４０～１００ＲＰＭであり得る。炉内の溶融金属の量が少ないとき、インペラ１００は、サイドウェル１１内の下方に（すなわち、サイドウェル１１のフロア１１．１により近く）配置される。炉内の溶融金属の容積が増加するにつれて、インペラ１００はフロア１１．１から持ち上げられる。インペラ１００の回転速度もまた、溶融金属の容積の増加とともに増加する必要がある。非限定的な一例において、リサイクル材料（例えば細断ＵＢＣまたは他のスクラップ）が溶融金属の約３１インチ（７８．７ｃｍ）の深さに対して約１９，０００ポンド／時（ｌｂ／ｈｒ）の速度で炉に加えられるいくつかの場合では、インペラ１００は約５８～６０ＲＰＭで回転するが、他の速度を利用することもできる。別の非限定的な例において、いくつかの場合では、溶融金属の約３５インチ（８８．９ｃｍ）の深さに対して、インペラ１００は約６７～６９ＲＰＭで回転することができる（約１９，０００ｌｂ／ｈｒの同じ供給速度で）が、他の速度を使用することもできる。インペラ１００の速度もまた、より高い供給速度で増加する必要があり得る。非限定的な一例において、リサイクル材料（例えば細断されたＵＢＣまたは他のスクラップ）が溶融金属の約２８インチ（７１．１ｃｍ）の深さに対して約２４，０００ｌｂ／ｈｒ～２９，０００ｌｂ／ｈｒの速度で炉に加えられるいくつかの場合では、インペラ１００は約６３～６７ＲＰＭで回転するべきであるが、他の速度を利用してもよい。別の非限定的な例において、いくつかの場合では、溶融金属の約３２インチ（８１．３ｃｍ）の深さに対して、インペラ１００は約６７～７１ＲＰＭで回転すべきである（約２４，０００ｌｂ／ｈｒ～２９，０００ｌｂ／ｈｒの同じ供給速度で）が、他の速度を使用することもできる。高い供給速度（約２４，０００ｌｂ／ｈｒ～２９，０００ｌｂ／ｈｒ）によってより多くの細断された材料が溶融金属の表面に存在するようになり、安定化効果があり、その結果、形成される渦が少なくなり、溶融材料の表面でのスプラッシュが少なくなり、したがってインペラ１００の回転速度が高くなる。いくつかの例では、所与の供給速度に対して、インペラ１００の最大回転速度とサイドウェル１１内の溶融金属の深さは、ほぼ線形の関係を有する。様々な場合において、インペラ１００の回転速度は、サイドウェル１１内の溶融金属の深さに基づいて制御され得る。いくつかの例では、インペラ１００の回転速度は、溶融金属の深さがより高いときに任意選択で増加され、溶融金属の深さがより低いときに任意選択で減少され得る。いくつかの場合では、インペラ１００の底部は、サイドウェル１１のフロア１１．１から約２インチから１０インチ（５．１ｃｍから２５．４ｃｍ）に位置する。いくつかの例では、インペラ１００の底部は、サイドウェル１１のフロア１１．１から約６インチ（１５．２ｃｍ）に位置する。換言すれば、インペラ１００は、典型的には、インペラ１００の高さの中心が溶融金属の深さの中間点より下に位置するように配置される（すなわち、インペラは、溶融金属の深さの中心より下に浸漬される）。

いくつかの場合では、サイドウェル１１のフロアの上のインペラ１００の高さ（つまりサイドウェル１１のフロアからインペラ１００までの距離）は、サイドウェル１１内の溶融金属の量に基づいて制御され得る。非限定的な例として、インペラ１００は、サイドウェル１１内の溶融金属の量または深さがより高いときにインペラ１００の高さが増加し、サイドウェル１１内の溶融金属の量または深さがより低いときに減少するように制御され得る。

さらに、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）に対するインペラ１００の位置も、スクラップ浸漬装置１０００の動作中に変更する必要がある場合がある。例えば、サイドウェル１１内の様々な表面上に材料が蓄積または堆積するにつれて、インペラ１００は、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）から離れて移動し、これらの構成要素間の最適なオフセット（例えば、上記で説明した距離Ｘ）を確保する必要がある場合がある。

炉１０を備えたスクラップ浸漬装置１０００を操作する方法は、溶融金属を炉１０に追加することと、インペラ１００をサイドウェル１１内の溶融金属に挿入することと、リサイクル材料をサイドウェルに追加することと、インペラ１００をその垂直軸Ｖを中心に回転させることと、を含むことができる。いくつかの実施形態では、塩フラックスは、リサイクル材料の量に比例して添加され得る。デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）は、インペラ１００に対して、及び／または主炉床１０．１とサイドウェル１１の間の仕切り壁１０．２の入口ポート１３に対して配置することができる。いくつかの場合では、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）は、仕切り壁１０．２に取り付けられてもよく、他の例では、デフレクタブロック１２（またはデフレクタブロック１２ａ）は、上部構造３００から下方に延在するアーム１２．４に取り付けられる。

図１１～１４は、実施形態による炉２０１０の別の例を示す。炉２０１０は、主炉床２０１０．１及びサイドウェル２０１１を含み、これらは炉１０の主炉床１０．１及びサイドウェル１１と同様であってもよい。炉１０と同様に、炉２０１０は主炉床ランプ２０１０．３を含む。加熱要素２０１９（バーナーを含むがこれに限定されない）は、主炉床２０１０．１に対して支持され、熱を主炉床２０１０．１に導くことができる。

仕切り壁２０１０．２は、主炉床２０１０．１をサイドウェル２０１１から分離する。仕切り壁２０１０．２は、入口ポート２０１３及び出口ポート２０１４を含み、これらは、入口ポート１３及び出口ポート１４に関して前述したように、サイズ設定、寸法設定、または他の方法で制御され得る。サイドウェル１１と同様に、図１１及び１４に最もよく示されているように、サイドウェル２０１１は、インペラへの溶融金属の流れを方向付ける、及び／または促進する丸みを帯びた表面を有する部分１７を含む（簡潔にするために、インペラは図１１～１４には示されていない）。サイドウェル１１と同様に、サイドウェル２０１１は、サイドウェル１１の入口ポート２０１３とは反対側の端部に、任意選択で出口ポート２０１４を越えて炉床ランプ２０１５を含むことができる。図１１に最もよく示されているように、サイドウェル２０１１の遠位壁２０１１．２はランプ（ランプ１１．３など）を含まない。換言すれば、遠位壁２０１１．２は、全体にわたって延在し、オフセット部分を含まない。

図１１～１３に最もよく示されているように、様々な例において、サイドウェル２０１１は、入口ポート２０１３と出口ポート２０１４との間のサイドウェル２０１１内に仕切り壁２０２１を含む。仕切り壁２０２１は、湾曲したまたは丸みを帯びた表面２０２３を含んでもよい。いくつかの例では、面２０２３の曲率はインペラの曲率に依存し得るが、他の例ではそうである必要はない。仕切り壁２０２１は、仕切り壁２０２１が仕切り壁２０２１の端部２０３１と、溶融金属が、インペラによって混合された後、出口ポート２０１４を介して出る前に流れるサイドウェル２０１１の壁２０１１．２との間に流路２０３３を画定するように、サイドウェル２０１１内に（そして仕切り壁２０１０．２から離れて）所定の距離、延在し得る。流路２０３３は、サイドウェル２０１１の幅２０２９より小さい流路幅２０２７を有する。様々な例において、仕切り壁２０２１の表面２０２３の曲率及び仕切り壁２０２１によって画定される流路２０３３は、インペラによる溶融金属の混合を改善することができ、サイドウェル２０１１を通る溶融金属の全体の流れを改善することができる。

図１５及び１６はそれぞれ、様々な実施形態による炉のサイドウェルの上面図である。図１５に示すサイドウェル１１は、図２Ｂに示すサイドウェル１１と実質的に同様であり、図１６に示されるサイドウェル１１は、図１５及び１６のサイドウェル１１が個別にそれぞれランプ１１．３を含むということを除いて、図２Ｅに示されるサイドウェル１１と実質的に同様である。図１５及び１６に示されるように、ランプ１１．３では、インペラ１００に隣接する遠位壁１１．２の部分は、遠位壁１１．２の他の部分よりもさらにサイドウェル１１の中心に向かって（すなわち、インペラ１００により近く）突出する。ランプ１１．３のオフセット距離（長さＹ）は、約３．９４インチから１９．７インチ（１０ｃｍから５０ｃｍ）とすることができるが、他の長さを使用することもできる。他の例では、図２Ｂ及び２Ｅにおけるように、長さＹは０ｃｍであってもよく、またはサイドウェル１１はオフセット部分を有していない。いくつかの例では、長さＹは約１１．８インチ（３０ｃｍ）である。インペラ１００の中心とサイドウェル１１の遠位壁１１．２との間の距離（長さＴ）は、約１９．７インチから３９．４インチ（５０ｃｍから１００ｃｍ）とすることができるが、他の距離を使用することもできる。いくつかの例では、長さＴは約２９．９インチ（７６ｃｍ）である。

本明細書に記載された概念による、様々な例示的な実施形態のさらなる説明を提供する「例示」として明示的に列挙された少なくともいくつかを含む、例示的な実施形態の集合体が以下に提供される。これらの例示は、相互に排他的、網羅的、または限定的であることを意図するものではなく、本開示は、これらの例の例示に限定されるのではなく、むしろ発行された特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内のすべての実現可能な修正形態及び変形形態を包含する。

例示Ａ．炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、上部構造と、前記上部構造から下に延在するシャフトと、前記シャフトの下端にあるインペラであって、複数のブレードであって、それぞれがブレード高さ及びブレード半径を有する、前記複数のブレードと、プレートと、を備え、ブレード半径に対するブレード高さの比率は約０．３から約１である、前記インペラと、を備える、前記スクラップ浸漬装置。

例示Ｂ．動作位置において、前記インペラは、前記インペラの半径方向流路がデフレクタブロックから約１インチ～５インチ、オフセットされるように配置される、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｃ．前記炉が、主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備え、前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｄ．前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックは前記アームに取り外し可能に取り付けられる、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｅ．前記プレートが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を備え、前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｆ．前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから出る出口ポートとを有し、前記出口ポートの面積は前記入口ポートの面積の５０％～１００％である、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｇ．前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから出る出口ポートとを有し、前記出口ポートの面積は前記入口ポートの面積よりも小さい、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｈ．前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｉ．前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｊ．前記インペラが、前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは前記複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｋ．前記シャフトが、前記シャフトの残りの部分よりも大きな外形寸法を備えるショルダと、前記ショルダの上に配置されたカップリングと、を備える、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載のスクラップ浸漬装置。

例示Ｌ．主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備える炉であって、前記仕切り壁は、（ｉ）溶融金属が前記サイドウェルに入る入口ポート、及び（ｉｉ）溶融金属が前記サイドウェルを出る出口ポートを備える、前記炉と、前記炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、上部構造と、前記上部構造から下に延在するシャフトと、前記シャフトの下端にあるインペラと、を備える前記スクラップ浸漬装置と、を含み、前記インペラは、前記サイドウェル内に、前記インペラの半径方向流路が、デフレクタブロックから約１インチから５インチ、オフセットされ、前記インペラの前記半径方向流路の前縁は、入口ポートの縁部と整列される、ように配置される、溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｍ．前記インペラが複数のブレードを備え、前記複数のブレードの各ブレードについて、ブレード半径に対するブレード高さの比率は、約０．７から約１である、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｎ．前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｏ．前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｐ．前記インペラが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を有するプレートを備える、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｑ．前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｒ．前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｓ．前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックが前記アームに取り外し可能に取り付けられる、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｔ．前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｕ．前記出口ポートの面積が、前記入口ポートの面積の５０％～１００％である、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｖ．前記出口ポートが出口ポート中心軸を備え、前記入口ポートが入口ポート中心軸を備え、前記出口ポート中心軸は前記入口ポート中心軸と平行でない、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｗ．前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が０°から４５°である、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｘ．前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が、前記サイドウェルの容積または前記主炉床の表面積のうちの少なくとも１つに基づく、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｙ．前記インペラの回転速度が、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

例示Ｚ．前記サイドウェル内の前記サイドウェルのフロアに対する前記インペラの高さが、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、先行または後続の例示または例示の組み合わせのいずれかに記載の溶融金属リサイクルシステム。

図面に示されているか、または上記で説明されているオブジェクトの異なる配置、ならびに図示または説明されていない特徴及びステップが可能である。同様に、一部の機能及びサブコンビネーションは有用であり、他の機能及びサブコンビネーションを参照せずに使用することができる。本発明の実施形態は、限定ではなく例示の目的で説明されたものであり、本特許の読者には代替実施形態が明らかになるであろう。したがって、本発明は、上記で説明した、または図面に示される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な実施形態及び変更を行うことができる。
本開示の実施態様の一部を以下の［項目１］－［項目２６］に記載する。
［項目１］
炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、
上部構造と、
前記上部構造から下に延在するシャフトと、
前記シャフトの下端にあるインペラであって、
複数のブレードであって、それぞれがブレード高さ及びブレード半径を有する、前記複数のブレードと、
プレートと、を備え、
前記ブレード半径に対する前記ブレード高さの比率は約０．３から約１である、
前記インペラと、
を備える、前記スクラップ浸漬装置。
［項目２］
前記プレートが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を備え、
前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、
項目１に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目３］
前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、項目１または２に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目４］
前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、項目１から３のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目５］
前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは前記複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、項目１から４のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目６］
前記シャフトが、
前記シャフトの残りの部分よりも大きな外形寸法を備えるショルダと、
前記ショルダの上に配置されたカップリングと、
を備える、項目１から５のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目７］
前記インペラが前記炉の内側に配置されるとき、前記インペラは、前記インペラの半径方向流路がデフレクタブロックから約１インチ～５インチ、オフセットされるように配置される、項目１から６のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目８］
前記炉が、主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備え、
前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、
項目１から７のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目９］
前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックは前記アームに取り外し可能に取り付けられる、項目８のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目１０］
前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから流れて出る出口ポートとを有し、
前記出口ポートの面積は前記入口ポートの面積の５０％～１００％である、
項目８または９に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目１１］
前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから出る出口ポートとを有し、
前記出口ポートの面積は、前記入口ポートの面積よりも小さい、
項目８から１０のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
［項目１２］
主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備える炉であって、前記仕切り壁は、（ｉ）溶融金属が前記サイドウェルに入る入口ポート、及び（ｉｉ）溶融金属が前記サイドウェルを出る出口ポートを備える、前記炉と、
前記炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、
上部構造と、
前記上部構造から下に延在するシャフトと、
前記シャフトの下端にあるインペラと、
を備える前記スクラップ浸漬装置と、
を含み、
前記インペラは、前記サイドウェル内に、
前記インペラの半径方向流路が、デフレクタブロックから約１インチから５インチ、オフセットされ、
前記インペラの前記半径方向流路の前縁は、前記入口ポートの縁部と整列される、
ように配置される、
溶融金属リサイクルシステム。
［項目１３］
前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、項目１２に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目１４］
前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックが前記アームに取り外し可能に取り付けられる、項目１２または１３に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目１５］
前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、項目１２から１４のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目１６］
前記出口ポートの面積が、前記入口ポートの面積の５０％～１００％である、項目１２から１５のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目１７］
前記インペラの回転速度が、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、項目１２から１６のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目１８］
前記サイドウェル内の前記サイドウェルのフロアに対する前記インペラの高さが、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、項目１２から１７のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目１９］
前記インペラが複数のブレードを備え、
前記複数のブレードの各ブレードについて、ブレード半径に対するブレード高さの比率は、約０．３から約１である、
項目１２から１８のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２０］
前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、項目１９に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２１］
前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、項目１９または２０に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２２］
前記インペラが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を有するプレートを備える、項目１９から２１のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２３］
前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、項目１９から２２のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２４］
前記出口ポートが出口ポート中心軸を備え、前記入口ポートが入口ポート中心軸を備え、前記出口ポート中心軸は前記入口ポート中心軸と平行でない、項目１２に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２５］
前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が０°から４５°である、項目２４に記載の溶融金属リサイクルシステム。
［項目２６］
前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が、前記サイドウェルの容積または前記主炉床の表面積のうちの少なくとも１つに基づく、項目２４または２５に記載の溶融金属リサイクルシステム。

Claims (25)

1. 炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、
   上部構造と、
   前記上部構造から下に延在するシャフトと、
   前記シャフトの下端にあるインペラであって、
   複数のブレードであって、それぞれがブレード高さ及びブレード半径を有する、前記複数のブレードと、
   プレートと、を備え、
   前記ブレード半径に対する前記ブレード高さの比率は約０．３から約１である、
   前記インペラと、
   を備える、前記スクラップ浸漬装置。
2. 前記プレートが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を備え、
   前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、
   請求項１に記載のスクラップ浸漬装置。
3. 前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、請求項１または２に記載のスクラップ浸漬装置。
4. 前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
5. 前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは前記複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
6. 前記シャフトが、
   前記シャフトの残りの部分よりも大きな外形寸法を備えるショルダと、
   前記ショルダの上に配置されたカップリングと、
   を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
7. 前記インペラが前記炉の内側に配置されるとき、前記インペラは、前記インペラの半径方向流路がデフレクタブロックから約１インチ～５インチ、オフセットされるように配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
8. 前記炉が、主炉床、サイドウェル、デフレクタブロック、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備え、
   前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
9. 前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックは前記アームに取り外し可能に取り付けられる、請求項８に記載のスクラップ浸漬装置。
10. 前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから流れて出る出口ポートとを有し、
    前記出口ポートの面積は前記入口ポートの面積の５０％～１００％である、
    請求項８または９に記載のスクラップ浸漬装置。
11. 前記サイドウェルが、溶融金属が通って前記サイドウェルに入る入口ポートと、前記溶融金属が通って前記サイドウェルから出る出口ポートとを有し、
    前記出口ポートの面積は、前記入口ポートの面積よりも小さい、
    請求項８から１０のいずれか１項に記載のスクラップ浸漬装置。
12. 主炉床、サイドウェル、及び前記主炉床を前記サイドウェルから分離する仕切り壁を備える炉であって、前記仕切り壁は、（ｉ）溶融金属が前記サイドウェルに入る入口ポート、及び（ｉｉ）溶融金属が前記サイドウェルを出る出口ポートを備える、前記炉と、
    前記炉内で溶融金属を混合するためのスクラップ浸漬装置であって、
    上部構造と、
    前記上部構造から下に延在するシャフトと、
    前記シャフトの下端にあるインペラと、
    を備える前記スクラップ浸漬装置と、
    を含み、
    前記インペラは、前記サイドウェル内に、
    前記インペラの半径方向流路が、デフレクタブロックから約１インチから５インチ、オフセットされ、
    前記インペラの前記半径方向流路の前縁は、前記入口ポートの縁部と整列される、
    ように配置され、
    前記インペラが複数のブレードを備え、
    前記複数のブレードの各ブレードについて、ブレード半径に対するブレード高さの比率は、約０．３から約１である、
    溶融金属リサイクルシステム。
13. 前記デフレクタブロックが前記仕切り壁に取り付けられる、請求項１２に記載の溶融金属リサイクルシステム。
14. 前記上部構造から延在するアームをさらに備え、前記デフレクタブロックが前記アームに取り外し可能に取り付けられる、請求項１２または１３に記載の溶融金属リサイクルシステム。
15. 前記インペラが前記インペラの周囲に延在するリングを備え、前記リングは複数のブレードのそれぞれの最外縁部に取り付けられる、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
16. 前記出口ポートの面積が、前記入口ポートの面積の５０％～１００％である、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
17. 前記インペラの回転速度が、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、請求項１２から１６のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
18. 前記サイドウェル内の前記サイドウェルのフロアに対する前記インペラの高さが、前記サイドウェル内の前記溶融金属の深さに基づいて制御される、請求項１２から１７のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
19. 前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の最外縁部からほぼ接線方向に延在する半径方向延長部を備える、請求項１２から１８のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
20. 前記複数のブレードのうちの少なくとも１つが、前記複数のブレードのうちの前記少なくとも１つの前面上の上縁部からほぼ接線方向に延在する上部延長部を備える、請求項１２から１９のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
21. 前記インペラが、前記複数のブレードの合計直径よりも小さい幅を有するプレートを備える、請求項１２から２０のいずれか１項に記載の溶融金属リサイクルシステム。
22. 前記プレートの下面が、前記複数のブレードのそれぞれの下面と整列される、請求項２１に記載の溶融金属リサイクルシステム。
23. 前記出口ポートが出口ポート中心軸を備え、前記入口ポートが入口ポート中心軸を備え、前記出口ポート中心軸は前記入口ポート中心軸と平行でない、請求項１２に記載の溶融金属リサイクルシステム。
24. 前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が０°から４５°である、請求項２３に記載の溶融金属リサイクルシステム。
25. 前記出口ポート中心軸と前記入口ポート中心軸との間の角度が、前記サイドウェルの容積または前記主炉床の表面積のうちの少なくとも１つに基づく、請求項２３または２４に記載の溶融金属リサイクルシステム。