JP4986733B2 - 溶融金属用電磁ポンプとその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融アルミニウムや溶融亜鉛等の溶融金属を搬送するために使用される溶融金属用誘導電磁ポンプとその運転方法に関し、特に給湯停止時に溶融金属の供給を即時に停止することが出来、これにより所定量の溶融金属を正確に給湯することを可能とした溶融金属用電磁ポンプとその運転方法に関する。

例えば鋳造等の分野では溶融アルミニウムなどを搬送するために、電磁誘導作用により溶融金属に推力を与えて搬送する溶融金属用電磁ポンプが利用されている。このような溶融金属用電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを巻いた誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて溶融金属に推力を与え、供給する形式の誘導形電磁ポンプが主流である。

このような誘導形電磁ポンプは、例えば特開２００６−３４１２８１号公報に記載されている。溶融金属が流れる管状のダクトの外周に移動磁界を発生するため、ヨークにコイルを巻いた誘導子を配置し、管状のダクトの内部に誘導子により発生した磁界の磁路となる磁性体のコアを配置している。コアは耐熱性及び耐蝕性を有する筒状の保護管により覆われている。従って、溶融金属の流路は管状のダクトと保護管との間に形成される環状部分となり、これにより、この種の電磁ポンプは環状流路形電磁ポンプと呼ばれている。

図８は、前述した溶融金属用電磁ポンプの従来例を示すもので、溶融アルミニウムや溶融亜鉛を搬送する一般的なものである。
溶融金属１２を入れた溶融金属槽１１の底部近くの斜めの壁面１３に給湯口が開口しており、この給湯口にフランジ状の継手を介して給湯方向に向けて斜め上向きに真っ直ぐなポンプ側ダクト１が接続されている。さらにこのポンプ側ダクト１には、下方に曲げられた給湯側ダクト１’がフランジ継手等の継手５、５’を介して接続されている。この先の給湯側ダクト１’は、図示してないバネ等により手前のポンプ側ダクト１に押しつけられ、継手５、５’の間に挿入された耐熱性のガスケットにより継手５、５’の部分のシール性が確保されている。これらのダクト１、１’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、保温のため外側にヒータ９が巻かれ、溶融金属の融点以上の温度に加熱されるようになっている。

手前のポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨークにコイルを巻回した誘導子１４が配置されている。またこのポンプ側ダクト１の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。このコア２は、両端が閉じられた円筒形の保護管３の中に収納されており、ポンプ側ダクト１の中の溶融金属と直接接触しないようになっている。保護管３は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、その中のコア２の周囲にクッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８が充填されている。

保護管３の給湯側ダクト１’に近い一端部の周囲にフランジ６が延設され、このフランジ６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを接続する継手５、５’の間に挟持されている。これにより、コア２がポンプ側ダクト１の中心に位置するよう保持されている。ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’は、その外周に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ９により加熱され、溶融金属の凝固を防ぐ。フランジ６には、溶融金属１２の通路となる複数の円弧状の通過孔７が設けられている。

図９は、溶融金属槽１１の溶融金属１２の液面にポンプ側ダクト１の下端を差し込んだものである。この例では、溶融金属１２の液面が誘導子１４の高さまで達していない。そのため、運転時に溶融金属１２の液面が誘導子１４の高さまで達するように、減圧手段等の補助的な手段が必要である。それ以外は、図８に示したものとほぼ同じであり、同じ部分は同じ符合を付してある。その詳細は重複するので説明を省略する。

図１０は、浸漬形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの例である。このタイプの環状溶融金属用誘導電磁ポンプは誘導子１４をセラミック等の耐熱性及び耐蝕性を有する材料からなる保護ケース１６の中に収納し、ポンプの部分のほぼ全体を溶融金属１２の中に浸漬している。保護ケース１６の下端中央に溶融金属を導入する孔があり、この部分にポンプ側ダクト１の下端が接合されている。このダクト１の下端の孔からダクト１内に溶融金属を汲み上げる形式である。保護管３はフランジ２１によりポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との接続部から誘導子１４の高さまで吊り下げられている。その接続部は縦方向の蓋２２と横方向の蓋２２’により閉じられている。コア２は、縦方向の蓋２２から棒２３により誘導子１４の高さまで吊り下げられている。その他、電磁ポンプそのものの構造及びダクト１、１’の接続は基本的に図９に示したものと同様であり、同じ部分は同じ符号で示している。その詳細は重複するので説明を省略する。

このような溶融金属用電磁ポンプにおいて、間欠的に毎回一定量の溶融金属をダイキャスト装置や重力鋳造装置等に供給するような場合、溶融金属用電磁ポンプによる溶融金属の給湯開始時の流量の立ち上がりと溶融金属の給湯停止時の流量の瞬時停止性が求められる。特に溶融金属は粘性を有しているため、給湯停止時に先の溶融金属にそれに続く溶融金属が惰性によって連なって引き出され、瞬時に給湯が停止されないという問題がある。

このような課題に対し、例えば電磁ポンプ以外の溶融金属供給装置であるが、特開２００３−３９１６０号公報や特開２００１−２９３５５５号公報に示されたように、溶融金属のダクトの立ち上がり等を利用した溶融金属の停止機能を持った溶融金属供給装置が提案されている。また、特開２００１−１９１１７３号公報に示されたように、バルブを用いた溶融金属の供給遮断手段を設けたものが提案されている。

しかしながら、溶融金属のダクトの立ち上がり等を利用した溶融金属の停止機能では、確実な溶融金属の供給停止動作が確保しにくく、溶融金属が有する粘性により、溶融金属の供給を停止しようとしても、惰性で余分に供給されてしまい、溶融金属の供給を瞬時に停止することは実際上困難である。また、バルブを用いた溶融金属の供給遮断手段でも、高温の溶融金属を繰り返し遮断出来るバルブ材料は存在しないため、バルブの寿命が短時間であり、繰り返し交換をする必要がある。

特開２００６−３４１２８１号公報 特開２００３−３９１６０号公報 特開２００１−２９３５５５号公報 特公２００１−１９１１７３号公報

本発明は、前述した従来の溶融金属用電磁ポンプとその運転方法における課題に鑑み、溶融金属の供給停止時に、溶融金属がその粘性で後に続く溶融金属を引きずりながら惰性で僅かずつ給湯が続くという問題を解決し、瞬時に溶融金属の給湯停止時に溶融金属の給湯を遮断し、正確な量の給湯を可能にする溶融金属用電磁ポンプとその運転方法を提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、ポンプ側ダクト１から溶融金属を吐出する給湯部に至る溶融金属の供給路に給湯方向に上り勾配から下り勾配に変わる堰１６を形成し、この堰１６の頂部に向けてノズル１７からガスを噴出して給湯停止時の溶融金属の分離を行うようにしたものである。

すなわち、本発明による溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属を通す筒状のポンプ側ダクト１に筒状の給湯側ダクト１’を接続し、ポンプ側ダクト１の外周に同ダクト１の中に移動磁界を発生させる誘導子１４を設け、ポンプ側ダクト１の中に前記誘導子１４で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア２を配置している。そして、ポンプ側ダクト１から溶融金属を吐出する給湯部に至る溶融金属の供給路に給湯方向に上り勾配から下り勾配に変わる堰１６を形成し、溶融金属の供給停止時にこの堰１６の頂部に当たるようガスを噴出し、堰１６の頂部にある溶融金属をその両側の上り勾配側と下り勾配側とに分離するノズル１７を配置したものである。この場合、ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との勾配が±７゜以上とする。

さらに、本発明による溶融金属用電磁ポンプの運転方法は、前記の溶融金属用電磁ポンプを用い、誘導子１４への通電を停止して溶融金属の供給を停止する時、ノズル１７から堰１６の頂部に当たるようガスを噴出し、堰１６の頂部にある溶融金属をその両側の上り勾配側と下り勾配側とに分離するようにしたものである。

このような溶融金属用電磁ポンプとその運転方法では、ポンプ側ダクト１から溶融金属を吐出する給湯部に至る溶融金属の供給路に給湯方向に上り勾配から下り勾配に変わる堰１６を形成したので、誘導子１４への通電を停止して溶融金属の供給を停したとき、前記の堰１６の勾配により溶融金属がその堰１６の両側に流される。さらにこの時前記堰１６に向けてガスを噴出するようにしたので、このガスの噴出によって溶融金属が前記堰１６で完全に分離される。これにより、溶融金属が惰性で連なって供給されず、電磁ポンプの停止により直ちに溶融金属の供給を停止することが出来る。

以上説明した通り、本発明による溶融金属用電磁ポンプとその運転方法では、電磁ポンプの停止により直ちに溶融金属の供給を停止することが出来るので、定量の溶融金属を間欠的に供給する場合に、正確な供給量を確保することが可能となる。しかも、ノズル１７から瞬時に不活性ガスを噴出するだけで確実に溶融金属の供給停止を行えるので、構造や制御も簡便であり、容易に実施出来る。

本発明では、ポンプ側ダクト１から溶融金属を吐出する給湯部に至る溶融金属の供給路に堰１６を形成し、このダクト１、１’の底部の堰１６に向けてノズル１７から適時にガスを噴出することにより、その目的を達成するようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明による外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例である。この溶融金属用誘導電磁ポンプの構成は基本的に図８により前述した従来の電磁ポンプと同じであり、同じ部分は同じ符号を付してある。
溶融金属１２を入れた溶融金属槽１１の底部近くの斜めの壁面１３に給湯口が開口しており、この給湯口にフランジ継手を介して真っ直ぐなポンプ側ダクト１が接続されている。この給湯側ダクト１は図１において左側の給湯方向に向けて次第に高くなるように傾斜し、給湯方向に向けて昇り勾配が形成されている。

この真っ直ぐなポンプ側ダクト１の先端には、給湯側ダクト１’がフランジ継手等の継手５、５’を介して接続されている。この給湯用ダクト１’は、前記ポンプ側ダクト１とは逆に図１において左側の給湯方向に向けて次第に低くなるように傾斜し、給湯方向に向けて下り勾配が形成されている。そして、このポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との接続部分の底部には、両側の勾配を分ける分湯嶺とも言うべき堰１６が形成されている。この堰１６を堺としてその両側のダクト１、１’の勾配が逆に切り替わる。ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’の勾配をｔａｎθとした場合、ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’のθは±７゜以上であることが好ましい。

このポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との接続部分の上は蓋板１９で閉じられている。この蓋板１９には、前記堰１６に向けてＡｒガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを噴射するノズル１７が設けられており、このノズル１７には不活性ガスの供給源２０が接続されている。また、蓋板１９には窓が設けられ、この窓を通して金属の存在を検知する、例えばレーザセンサ等の金属表面との距離を側長するセンサ１８が設けられている。このセンサにより金属の存在を検知する位置は前記堰より給湯側ダクト１’側にある部分である。

前記のダクト１、１’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。図１に示すように、ダクト１、１’は、その周囲に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ９が巻回され、同ヒータ９により溶融金属１２の融点以上の温度に加熱され、ダクト１、１’の中の溶融金属１２の温度低下による凝固を防ぐようになっている。なお、給湯側ダクト１’のヒータは図示を省略してあるが、ここにもヒータを設ける。

手前のポンプ側ダクト１の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。このコア２は、両端が閉じられた円筒形の保護管３の中に収納されており、ポンプ側ダクト１内の溶融金属１２と直接接触しないようになっている。コア２の保護管３は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。

保護管３の給湯側ダクト１’に近い一端部の周囲にフランジ６が延設され、このフランジ６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを接続する継手５、５’の間に挟持されている。これにより、コア２がポンプ側ダクト１の中心に位置するよう保持されている。給湯側ダクト１’は、図示しないバネ等により手前のポンプ側ダクト１に押しつけられ、ガスケットにより継手５、５’の間に前記保護管３のフランジ６を挟持すると共に、シール性を確保している。

保護管３はセラミック等の成型体であるため、別部材としてフランジ６を設けるよりは、フランジ６を保護管３と一体に成型したものがよい。保護管３の中には、コア２を保護管３の中心に保持し、且つ運転時の振動によるがたつきを無くすため、クッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８が充填される。図１に示したように、図示の実施例では、保護管３の端部がセラミック等の耐熱性、耐蝕性のある端栓４により閉じられるようになっている。コア２や充填材８はこの端栓４を開けて保護管３の中に収納、充填される。

前記のフランジ６の継手５、５’に挟持された外周に近い部分より内周側の部分には、溶融金属を通すための通路７が設けられている。この通路７は、円周方向に長い長孔状のものであり、通路７の間は保護管３の本体部分である円筒部分とフランジ６の継手５、５’により挟持される外周側のリム状の部分とを一体に連絡するスポーク状の連結部となっている。この関係を示した斜視図が図７で、端詮４が取り付けられる前の図である。

図１に示すように、手前の真っ直ぐなポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨークにコイルを巻回した円筒形状の誘導子１４が配置されている。この誘導子１４により、ポンプ側ダクト１の内部に移動磁界が形成され、ポンプ側ダクト１内の溶融金属に推力が与えられる。前記の磁性体製のコア２は、ポンプ側ダクト１の中心軸上に移動磁界の磁路を形成するもので、これにより、ポンプ側ダクト１内の移動磁界の磁束密度を維持し、ポンプ側ダクト１内での溶融金属の推力を確保する。

次に、この環状溶融金属用誘導電磁ポンプの動作についてその運転方法も含めて説明する。
図１に示すように、誘導子１４に通電していない運転休止時は、ポンプ側ダクト１の中にある溶融金属１２の液面は、溶融金属槽１１の溶融金属１２の液面と同じ高さにある。この時のダクト１、１’の堰１６と溶融金属１２の液面との高さの差をｈ０とする。

この状態から誘導子１４に通電し、ポンプ側ダクト１の中に移動磁界を発生させて、その中の溶融金属１２に推力を与え、図２（Ａ）に示すように前記の給湯停止時の溶融金属１２の定常液位−ｈ０から堰１６の高さを越えるｈｎの液位にすると、溶融金属１２は堰１６を越流し、給湯側ダクト１’側に流れ込み、溶融金属１２の供給が行われる。

その後、誘導子１４への通電を停止し、溶融金属１２の供給を停止すると、ポンプ側ダクト１の溶融金属１２の液面は、前述の定常液位−ｈ０に戻る。これにより、ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’にある溶融金属１２は、それらの堰１６を堺にそれぞれのダクト１、１’の勾配に沿って流れ落ち、堰１６の両側に分離しようとする。しかし、両側へ均等に分離するのではなく、ポンプ側ダクト1の方が水力学的流路抵抗が大きい為、ポンプ側ダクト1への溶融金属１２の戻りが遅くなって、給湯側ダクト１’に落ちて行く溶融金属１２に引きずられて湯切れが悪くなる。このとき図２（Ｂ）に示すように、前記ノズル１７からダクト１、１’の堰１６に当たるように不活性ガスを噴出すると、堰１６の頂部にある溶融金属１２がその両側の上り勾配側と下り勾配側とに強制的に分離され、給湯側ダクト１’に流れ込む溶融金属１２がポンプ側ダクト１にある溶融金属１２と完全に遮断され、給湯側ダクト１’からの溶融金属１２の供給が瞬時に停止される。

図３は、電磁ポンプの出力とノズル１７からの不活性ガスの噴出との時間的関係を示すタイムチャートの例である。この図の通り、溶融金属の供給は、電磁ポンプの誘電子１４への通電開始により始まり、電磁ポンプの誘電子１４への通電停止により終了するが、このときノズル１７から不活性ガスの噴出することで、前記のダクト１、１’の堰１６における溶融金属の分離が行われる。

図４は、電磁ポンプ出力と溶融金属の単位時間当たりの流量との関係の例を示すグラフであり、電磁ポンプ出力は、ポンプ側ダクト１の溶融金属１２の液位に換算して示してある。電磁ポンプ出力をｈｎ＝ｈ１＞ｈ０と小さくした場合、溶融金属の単位時間当たりの流量はＱ１と少なく、所定量の溶融金属の供給には時間がかかる。他方、電磁ポンプ出力をｈｎ＝ｈ２＞ｈ０と大きくした場合、溶融金属の単位時間当たりの流量はＱ２と多くなり、所定量の溶融金属の供給に時間がかからない。しかしながら、電磁ポンプ出力を大きくした場合、図５に示すように、溶融金属の単位時間当たりの流量の立ち上がりは急峻であるが、いわゆる過渡現象による供給流量の不安定な状態が生じる。そのため、このような過渡現象による供給流量の不安定な状態が出来るだけ小さくなるような電磁ポンプ出力を設定すべきである。

なお前述の実施例では、ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とにそれぞれ逆勾配を設け、その間の底部に堰１６を設けたが、例えば図６の様に給湯側ダクト１’を垂直な直管状とし、その一部に隆起した峰状の堰１６を設けても同様の作用、効果が得られることは明らかである。当然堰１６の両側に逆勾配が設けられるので、これにより供給する溶融金属を分離することが出来る。

図６は本発明による溶融金属用電磁ポンプの他の実施例を示す断面図である。この溶融金属用電磁ポンプの構成は、基本的に図１に示したものと同様であり、同じ部分は同じ符合で示している。その同じ部分の説明は重複を避けるため、説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

この実施例による溶融金属用電磁ポンプではポンプ側ダクト１を溶融金属槽１１の側面に水平に接続しており、このポンプ側ダクト１の先端には、給湯側ダクト１’がフランジ継手等の継手５、５’を介して接続されている。この給湯用ダクト１’は、垂直に立ち上がっており、その上端には給湯ブロック１０が取り付けられている。この給湯ブロック１０の底部には堰１６が設けられており、この堰１６の上面には給湯方向に向けて給湯側ダクト１’側に昇り勾配が、さらにその先の給湯側には下り勾配が形成されている。この堰１６の頂部に向けてガスを噴出するノズル１７が設けられている。
この溶融金属用電磁ポンプの運転方法は基本的には図１により説明した溶融金属用電磁ポンプと同じである。

図８は、前記保護管３のフランジ６を含めた全体図である。この保護管３は、その端部にフランジ６を有しており、このフランジ６には溶融金属を通すための溶融金属通路７が開設されている。この保護管３は、基本的に図１により前述した溶融金属用電磁ポンプに使用されたものと同じである。

本発明による溶融金属用電磁ポンプとその運転方法では、定量の溶融金属を間欠的に供給する場合に、正確な供給量を確保することが可能となるので、ダイキャスト等の分野で精密鋳造のための溶融金属供給システムと適用が可能である。しかも、構造や制御も簡便であり、容易に実施出来るので、定量の溶融金属の間欠的な供給が容易に適用出来る。

本発明による外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例を示す断面図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプのポンプ側ダクトと給湯側ダクトとの接続部分の底部の勾配を示す概念図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの動作の時間チャート図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの電磁ポンプ出力と溶融金属の単位時間当たりの流量との関係の例を示すグラフである。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの電磁ポンプ出力と溶融金属の単位時間当たりの流量との関係の例を示すグラフである。 本発明による外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例を示す断面図である。 図１及び図６に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプのコアの保護管を示す斜視図である。 外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの従来例を示す断面図である。 外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの他の従来例を示す断面図である。 浸漬形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ ポンプ側ダクト
１’ 給湯側ダクト
１６ ダクトの底部の堰
１７ ノズル

Claims (3)

1. 溶融金属を通す筒状のポンプ側ダクト（１）に筒状の給湯側ダクト（１’）を接続し、ポンプ側ダクト（１）の外周に同ダクト（１）の中に移動磁界を発生させる誘導子（１４）を設け、ポンプ側ダクト（１）の中に前記誘導子（１４）で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア（２）を配置した溶融金属用電磁ポンプにおいて、ポンプ側ダクト（１）から溶融金属を吐出する給湯部に至る溶融金属の供給路に給湯方向に上り勾配から下り勾配に変わる堰（１６）を形成し、溶融金属の供給停止時にこの堰（１６）の頂部に当たるようガスを噴出し、堰（１６）の頂部にある溶融金属をその両側の上り勾配と下り勾配側とに分離するノズル（１７）を配置したことを特徴とする溶融金属用電磁ポンプ。
2. 堰（１６）の両側の勾配が±７゜以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用電磁ポンプ。
3. 溶融金属を通す筒状のポンプ側ダクト（１）に筒状の給湯側ダクト（１’）を接続し、ポンプ側ダクト（１）の外周に同ダクト（１）の中に移動磁界を発生させる誘導子（１４）を設け、ポンプ側ダクト（１）の中に前記誘導子（１４）で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア（２）を配置した溶融金属用電磁ポンプを運転する方法において、ポンプ側ダクト（１）から溶融金属を吐出する給湯部に至る溶融金属の供給路に給湯方向に上り勾配から下り勾配に変わる堰（１６）を形成し、この堰（１６）の頂部に向けてガスを噴出するノズル（１７）を配置し、溶融金属の供給を停止する時、前記ノズル（１７）から堰（１６）の頂部に当たるようガスを噴出し、堰（１６）の頂部にある溶融金属をその両側の上り勾配と下り勾配側とに分離することを特徴とする溶融金属用電磁ポンプの運転方法。

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