JPH02179834A - アルミニウム系金属切削屑の溶解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の切削
屑（通称ダライ粉）を再溶解して溶湯とするために使用
する溶解装置に関する。

より具体的には、旋盤などの工作機械で切削され細長く
肉厚が薄く、パーマネントセットされた頭髪のように縮
れた状態にされ単位重量当たりの表面積が極めて大きく
、しかも酸化し易いため溶解効率の低いアルミニウムま
たはアルミニウム合金の切粉（ＪＩＳＨ２１１９では”
削りくず”）とよばれる切削屑、を高い溶解効率で溶解
し高品質の溶湯とするための溶解装置に関する。

［従来の技術］ アルミニウムまたはアルミニウム合金の切削屑（通称ダ
ライ粉）を再溶解して溶湯とするには、低周波誘導溶解
炉、反射型溶解炉、電磁樋を使用した反射炉などが使用
されている。

アルミニウムは軽金属の代表として知られているように
、その比重は約２．７ときわめて小さい。

また、鋳鉄などの脆い被切削材の場合を除きアルミニウ
ムを含め一般の金属材料はある程度の粘性と靭性を有す
るため、それらの切削屑は、短く切断された状態とはな
らず、渦巻状または縮れて細長（しかも薄いリボンの状
態になる。

アルミニウムは、約２．７弱という低比重であるのに加
え融点が約６６０°Ｃと低温で、しかも酸素との結合力
が強いため容易に酸化する。

従って、切り粉またはダライ扮と呼ばれるアルミ系金属
の切削屑は単位重量当りの容積が極めて大きく空隙が多
い状態で供給され、しかも酸化し易いという悪条件の全
てを備えている。

アルミ系金属の切削屑は常温でも表面は酸化膜で覆われ
、また表面に付着した切削油その他の異物を分離するた
め脱脂、乾燥などの予備処理な経でいるので表面はかな
りの厚さの酸化膜で覆われている。

このようなアルミ系金属の切削屑を溶解するには、切削
屑をなるべく短時間内に既に形成されている溶湯中に入
れて空気中の酸素との接触を避は溶湯にする必要がある
。

また、アルミ系金属の切削屑は高温にされている溶解炉
内に装入されると燃えてしまい灰となり製品歩留まりが
大幅に低下する。

従って、薄い切削屑は酸化により直接燃焼し、一方幾分
厚い切削屑は内部が溶融しても、外部の酸化膜の皮の存
在により溶融している部分の流失が妨げられている間に
酸化が進行し溶湯として回収されるのは極めて少量とい
う結果になり易い。

このように、アルミ系金属の切削屑を溶解するには溶解
炉の種類によっては極めて困難な状態に遭遇することに
なり、バーナーにより直接炎を吹き付ける反射炉では特
に溶解に注意を要する６以下、目下使用されている各種
の炉について。

このような溶解上の難点について概略を述べる。

（ｌ＋　るつぼ形溶解炉 溶解歩留りはよいがバッチ式で小容量であるため電力費
が高くなる。

（２）撹拌装置を有する鉄鍋 小形で小容量であるため、人手を要し溶解歩留りも低く
燃費も高い。

（３）ロータ撹拌機 ロータ上部から切削屑を連続投入する形式であるが、溶
解能力に限界がありセラミック製ロータの損耗も大であ
る。

（４）反射炉 通常の反射炉ではバーナーで溶解すると切削屑が急速に
昇温しで燃焼したり、表面が酸化物で厚く覆われている
場合には内部は溶解しても表面は溶解せず残り、酸化に
よる溶解損失が多くなる。

このため切削屑を投入するときにはバーナーを停止して
、既に溶湯になっている光漏に切削屑を投入し、フォー
クリフトなどで混合するといったバッチ方式を反復する
。

オープンウェル部を有する反射炉ではオープンウェル部
に切削屑を投入し、上部から押込み板を使用し軽く嵩ば
った切削屑をオープンウェル部の溶湯中に押込み溶解さ
せるが溶解歩留りが低（押込み板の損耗が早い。

（５）溶湯ポンプを使用した反射炉溶解装置前述のよう
な種々の問題点に対処するために第６図（Ａ）　ｆ８）
にしめされるような溶解炉が提案され一部で使用されて
いる。

この装置の概要を述べると、反射炉６０の装入口６１の
切粉コンベア６２の下側に渦室６３を配置し、この渦室
６３の下端に溶湯吸い込み口６４を設け、炉体の装入口
６１と１反対側６５に溶湯ポンプ６６を配置し、この溶
湯ポンプ６６と溶湯吸い込み口６４との間を、はぼ水平
に延在するトンネル状の７８湯通路６７で連結しである
。この反射炉内に光漏を装入し溶湯ポンプ６６を作動さ
せると渦室６３内の溶湯は吸引され吸い込み口を急速に
通過するのでその上部に渦を発生する。そこで切粉コン
ベア６２から切削屑を渦の部分に投入すれば、切粉は渦
に捲き込まれて溶湯中で急速に溶解され溶湯ポンプ６６
の吐出し口から昇温室に送られ、再び渦室６３に流動し
循環するにのようにしてアルミ切粉の溶解の際の酸化損
耗の問題はかなり解決される。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の溶湯ポンプと渦室を備えた反射炉によりアルミニ
ウム系金属の切削屑の酸化による損耗を防止して、急速
に溶解するという問題はかなり有効に達成される。

しかしながら、溶湯ポンプの使用を前提とする前記の反
射炉では、実際操業に際し、次のように大別して２つの
問題が発生する。

（■）溶湯ポンプを使用する必要上、渦室６３の下端の
溶湯吸い込み口６４と溶湯ポンプの吸い込み口との間は
、はぼ水平に配置され流体密にされたトンネル状の溶湯
通路、つまり溶湯トンネルで連結しなければならない。

溶湯ポンプは、溶湯温度が高い（７００６Ｃ以上）こと
および構造上ポンプ挿入部の溶湯深さが大きいこと（２
５０ｍｍ以上）が必要条件であり、使用前に先ずこの条
件を満たす必要があり、また使用前に充分予熱を行なう
必要がある。

何等かの原因により、炉の運転が急に停止した場合に、
炉内の溶湯は炉の最下部にある溶湯トンネル内に滞留す
る、この部分では切削屑を溶解したため温度が低下した
溶湯は、凝固し易い欠点がある。

溶湯が溶湯トンネル内で一旦凝固してしまうと何等かの
手段で溶融させるか、機械的に取り除くかしなければ、
次の溶解を再開することができないため多大の空転時間
による時間の浪費と除去のための工数を要しコス１へ高
となる。

（２）溶湯ポンプはその構造上１作動部分である羽根な
どがドロス等の異物を含む粘度の高いアルミ温湯と直接
接触する。

溶湯ポンプの作動部分である羽根その他の部分は窒化け
い素（ＳｉＮ）や炭化けい素（ＳｉＣ１なとかなり耐食
性や耐摩耗性の高いセラミックス材で製作されてはいる
が、アルミ溶湯自体が腐食性を有していることと、溶湯
と接触してかなりの速度で回転するので、腐食や二ロー
ションにより損耗するのは不可避であり、これらの部材
は高価なので部材自体のコスト、体動による損失、部材
交換の工数によるコスト上昇を招く。

［課題を解決するための手段］ ＋ｌ）溶湯ポンプを使用することに起因する上記の課題
を解決するため、本発明では溶湯ポンプの代りに電磁撹
拌機（以下スタークーとよぶ）を採用することを第１の
前提とし、この前提に対応して下記に示す関連部材の構
造、配置、他部材との寸法関係などを合理的に設定し、
溶湯ポンプを採用した反射炉の上記の問題点を解決する
だけでなく、それ以外の課題についても溶湯ポンプによ
っては達成されない機能と効果を実現するようにした。

（２）炉体全体の構造 以下の説明では、反射炉の切削屑装入口から反対側に至
る方向を炉の長平方向と呼び、この長平方向の片側、第
１図　（Ａｌと第３図では下側に、スタークー、渦室、
および切削屑を溶解し温度が低下した溶湯の通路を配置
し平面図でこの長手方向の反対側、第１図　（Ａ）と第
３図では上側をバーナーにより溶湯を加熱し昇温する溶
解室（昇温室）とし、画室の間を炉の天井までには達し
ない中間壁で仕切る。溶湯の通路は、第１図　ｆＩｌ）
に示されているように渦室とスタークーの中間の位置で
装入口側から反対側に上向に傾斜されている。

これは渦発生室内の溶湯のレベルを有効な範囲で上昇さ
せるためで次の渦室の構造と密接な関係がある。

また、炉壁の内周、特に渦室の隅の部分と、この渦室の
反対側の溶湯通路の終端部に相当する炉壁の隅の部分は
、断面で半径が大きな円周となるよう大きなＲを付けて
築造する。

（２）渦発生室（以下渦室と略称する）渦室としては、
アルミニウム系金属の切削屑の酸化による損耗を防止す
るためには、渦室内にある溶湯中に、切削屑を急速に捲
き込むようにして切削屑が大気中の酸素と接触して酸化
する量を極力低減し、溶湯中に溶は込ますのに十分な捲
き込み作用を有する渦を発生させる構造とする。

このためには、平面図で見て渦室を両割する耐火材料の
壁を突堤状に突出させ、その先端が渦室の底に設けられ
た吸い込み口の軸心の位置、またはそれよりも炉の装入
口側の炉壁に近接させ、渦室に流入する溶湯が炉壁の内
周に沿って流れるようにした。

また、渦室全体の内径、渦室底部の吸い込みノズルの入
り口の内径、渦室の吸い込みノズルの吐出し口の内径の
などの寸法比を、渦発生に好適な範囲を設定した。

（３）溶湯通路上に蓋を設ける スタークーが設置されている溶湯通路上に溶湯の上を覆
う蓋を設ける。これによりスタークーにより溶湯に与え
られる推力はすべて溶湯の進行方向に集中され、溶解室
内の溶湯液面を蓋の底面にある溶湯通路内の溶湯液面、
っまり溶湯レベルよりも高くし渦室での渦の発生を助長
する。

（４）溶湯通路の上下にスタークーを設ける溶湯通路の
下にスタークーを設けるのに加えて溶湯通路の上にもス
タークーを設ける。この場合には、溶湯通路の上でスタ
ークーを支持する部材は前項（３）の蓋としても作用し
、上下のスタークーと蓋とが協同して溶湯に加えられる
推力を溶湯の進行方向に集中させる。

［作用］ 溶湯ポンプの代りにスタークーを採用したことにより、
溶湯通路な溶湯の流動方向に上向きに傾斜させることが
出来、まずその傾斜面の高さだけ溶湯レベルを上昇させ
ることができる。

スタークーの推力を利用し、溶解室内の溶湯ののレベル
な溶湯通路の溶湯のレベルより高くし、オープンウェル
形反射炉の場合にはオープンウェル部の溶湯のレベルを
溶解室内の溶湯のレベルよりも高くすることができ、こ
れにより渦室内の溶湯のレベルを高くして渦の発生を増
大させる。

また溶湯通路の溶湯の表面に蓋をしたり、溶湯通路の溶
湯表面より上にさらにスタークーを設置して溶湯に加え
る推力を増強させ得る。

一方、渦室の入り口に突堤状の案内部が溶湯を炉の内壁
に沿ってオープンウェル部から渦室の外周に流入させる
。渦室全体の内径、渦室底部の吸い込みノズルの入り口
の内径、渦室の吸い込みノズルの吐出し口の内径などの
寸法比を、渦発生に好適な範囲を設定したことにより、
前記の案内部との協同作用によりアルミニウム切削屑を
捲き込むのに有効な捲き込み形の渦が発生する。

［実施例］ 以下添付の図面を参照して本発明の好適実施例について
説明する。

第１図　ｆＡｌと（Ｂ）は、本発明をオープンウェル型
反射炉に適用した実施例を示す平面図と側面図であり、
図中の符号１０は炉体全体を、１１．１２．１３および
１４は、それぞれ、溶湯通路、溶解室、渦室およびオー
プンウェル部を示す。

溶湯通路１１内に鎖線で示された符号１５はスターシー
で、１６は溶湯通路１１と溶解室１３との間を仕切る中
間隔壁で炉底１９から上に向かって立ち上がり炉の天井
１７には達しないが、オープンウェル部の前壁２１より
はやや高くされている。中間隔壁１６は炉の後壁２０と
の間に隙間が設けられ、溶湯が溶湯通路１１から溶解室
１２に流入する通路２２になっている。

側面図である第１図（８１から明らかなように、炉底１
９には渦室１３の下の部分から炉体１０の長手方向前方
に、上向に傾斜した斜面１９′があり、スターシー１５
によって推力を与えられた溶湯はこの斜面１９’に沿っ
て上昇し溶解室１２内に流入する。

オープンウェル部１４と溶解室１２とは内部の溶湯面の
上部が中間隔壁１６とドアによって仕切られる。

渦室１３はオープンウェル部１４を囲む炉壁の片側（第
１図（Ａ）の下側）の上端と炉底のほぼ中間の位置から
伸びて風呂の釜を構成するように築造され、中間隔壁１
６の延長部に相当する部分は渦室１３を囲む壁の一部を
構成し、その一部は切り欠かれて、前壁２１との間に溶
湯がオープンウェル部１４から流入するオリフィスとな
る。切り欠きの先端１３′は平面図で渦室の底に明けら
れた吸い込みノズルの軸心を通り前壁２１に平行な線上
または更にその位置よりも前壁２１に接近した位置まで
伸びて、流入する溶湯が前壁２１に沿い流動するように
案内する。

図面中の符号Ｂは、重油などを燃料とするバーナーで溶
解室１２内の溶湯の温度を上昇させるためのものである
。

この溶解炉の作動は、まず必要量の光漏を炉内に装入し
スターシー１５を始動させる。

溶湯は斜面１９°に沿って上昇した後溶湯通路１１内を
ほぼ水平に通路２２から溶解室１２内に流入する。

第１図＋８）の左側に示した符合中ａはオープンウェル
部１４内の溶湯のレベルの上限線、ｂは渦室１３の底の
線、Ｃは渦室１３の下方の溶湯収容槽の底面の線である
。

第１図ｆＢ）の右側に示した符号中、ｅは渦室１３内の
溶湯のレベルの上限線でａと一致し、ｆは溶湯に推力を
与えるために必要な溶湯液面で溶解作業を連続するには
炉内に最小限このレベルまでの溶湯が保持されなければ
ならない。

符号ｇは溶湯通路１１の斜面１９’よりも下流側の水平
部の底面で、Ｃとｇ間のｈｌがスターシー１５により持
ち上げられるヘッド、）ｌｚはスターク−１５により推
力を与えるために必要な溶湯のレベル、ｈ、はオープン
ウェル部１４内の溶湯と溶解室１２内の溶湯との間に生
じ得るレベル差を示し、このレベル差の範囲内でオープ
ンウェル部１４内の溶湯のレベル、つまり、これと上部
で連通している渦室１３内の溶湯のレベルを上昇させ渦
の発生を助長させ得る。

次に第２図　（Ａ）と（Ｂ）を参照して、渦室１３の形
状と内部寸法の関係について述べる。

渦室１３の切り欠きの先端１３’については既に述べた
ので説明を省略する。

渦室１３の全体の内径をＤｌ、吸い込みノズルの出口の
内径をＤ２、吸い込みノズルの入り口の径をＤ３とし、
また、オリフィスの切り欠き幅をＧとすると、渦室１３
内の溶湯に捲き込み型の渦が発生するためには、これら
の寸法の間に次の関係が成立するの望ましい。

Ｄ、／Ｄ２：２〜３ Ｇ　　　　：Ｄ、／２〜Ｄ、／４ Ｄ、／Ｄ、：１．５　〜１，０ 第３図は、オープンウェル部のない通常の密閉型反射炉
に本発明を適用した場合の平面図であり説明を省略する
。

第４図は、第３図または第１図　ｆＡ）のＩＶ−ＩＶ線
に沿ってみた正面図で、溶湯通路１１上に昇降可能な蓋
４１が配置され、スターラー１５による推力を溶湯の進
行方向のみに指向することにより溶解室１２内の溶湯の
レベル、つまり渦室内の溶湯のレベルｅを蓋４１の底の
面よりも高（することができるので通常の密閉型反射炉
に適用した場合に、特に有効である。

第５図は、第４図の蓋の上にもスターク−１５゜を装着
し溶湯通路１１内の溶湯に対し上、下から推力を加える
ことにより渦室内の溶湯のレベルｅを一層増大させるも
のである。

［効果］ 本発明は、オープンウェル部を有する反射炉に適用する
場合には、オープンウェル部の一方の隅に、また通常の
反射炉では溶解室内の装入口側の一方の隅に渦室を設け
、渦室の内径、渦室の底に設ける溶湯吐出しノズルの径
などを適切に選定して、渦室の下から溶解室までの間を
傾斜部を有する溶湯通路で連絡し、溶湯通路の下側、ま
たは上下両側に設けたスターラーの推力により溶湯を圧
送することにより、渦室内の溶湯のレベルを上昇させ渦
の発生を増大させ、その中にアルミの切削屑を投入して
急速に溶解させるのを可能にする。

しかも傾斜部を有する溶湯通路を通過させ搬送している
ことにより、炉が停止しても溶湯が溶湯通路内に停滞し
て凝固するような事故の発生が解消されるので、アルミ
の切削屑の溶解における従来の課題が解決される。

【図面の簡単な説明】

第１図　ｆＡ）とＩＢ）は、本発明の好適実施例を示す
平面図と側面図、第２図　（ＡｌとｆＢ）は本発明の渦
発生室の平面図と側面図、第３図は本発明を密閉型反射
炉に適用した実施例を示す平面図、第４図は、溶湯供給
路上に蓋を配置した実施例を示す正面図、第５図は、ス
ターラーを溶湯供給路の上下に配置した実施例の正面図
、第６図　（Ａｌと（８１は、溶湯ポンプを使用した従
来技術の反射炉の側面図と平面図である。 図面中の符号 ｌＯ：反射炉の炉体、　　１１：溶湯通路、１２：溶解
室、１３：渦発生室、 １３°：切欠き先端、　　　１４：オープンウェル部、
１５．１５”　：スターラー、　１６：中間隔壁、１７
：炉の天井、　　　　１９：炉底、２０：炉の後壁、　
　　　２１：炉の前壁、２２：通路。 第　１　図 代理人　弁理士　後　藤　武　夫 代理人　弁理士　斎　藤　春　弥 代理人　弁理士　藤　本　　　礒 第 図 第 図 ／１０ １つ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム系金属切削屑を補給し溶解する反射炉
   型溶解装置であって、 オープンウェル部と、 昇温室（溶解室）と、 前記オープンウェル部の一方の隅に設けられ、耐火材料
   製の底壁と一部がオープンウェル部からの溶湯導入口と
   して切り欠かれた側壁によって囲まれ、前記オープンウ
   ェル部から区分され底部に溶湯を吐出すための吐出しノ
   ズルを有し該ノズルからの溶湯吐出しにより溶湯上面に
   渦を発生させる渦発生室と、 この渦発生室から流下する溶湯を溶解室の渦発生室の長
   手方向反対側まで搬送し中間に溶湯の進行方向に上向に
   傾斜する傾斜面を有する溶湯供給路と、 この溶湯供給路の下部で前記傾斜部よりも溶湯の進行方
   向下流側に配置される電磁撹拌機とを有し、この電磁撹
   拌機によって溶湯に与えられる推力によって渦発生室内
   の溶湯の液面位を溶湯供給路内の溶湯の液面位より上昇
   させるようになっているアルミニウム系金属切削屑の溶
   解装置。 ２、アルミニウム系金属切削屑を補給し溶解する溶解装
   置であって、 溶解室（昇温室）と、 前記溶解室の一方の隅に設けられ、底壁と一部が前記溶
   解室からの溶湯導入口として切り欠かれた側壁によって
   囲まれ、前記溶解室から区分され底部に溶湯を吐出すた
   めのノズルを有し、該ノズルからの溶湯吐出しにより溶
   湯上面に渦を発生させる渦発生室と、 この渦発生室から流下する溶湯を、前記溶解室の渦発生
   室の長手方向反対側まで搬送し中間に溶湯の進行方向に
   上向に傾斜する傾斜面を有する溶湯供給路と、 前記溶湯供給路の下部で前記傾斜部よりも溶湯の進行方
   向下流側に配置される電磁撹拌機とを有し、この電磁攪
   拌機によって溶湯に与えられる推力によって渦発生室内
   の溶湯の液面位を溶湯供給炉内の溶湯の液面位より上昇
   させるようになっているアルミニウム系金属切削屑の溶
   解装置。 ３、請求項１または２に記載のアルミニウム系金属切削
   屑の溶解装置において、前記発生室の底部に設けられた
   容器吐出しノズルの吐出し端の径が前記渦発生室の内径
   の１／２より小さく、吐出しノズルの入口部の径よりは
   小さくされ、前記溶湯導入口としての切欠き部分の幅が
   渦発生室の内径の１／２以下にされていることを特徴と
   するアルミニウム系金属切削屑の溶解装置。 ４、請求項１〜３までの何れか一つの項に記載の溶解装
   置において、溶解室および／またはオープンウェル部の
   炉壁の隅角部が平面図で見て大きな円弧状に築造されて
   いるアルミニウム系金属切削屑の溶解装置。 ５、請求項１〜４までの何れか一つの項に記載の溶解装
   置において、前記の供給炉内の溶湯表面が上下に昇降可
   能な蓋で覆われているアルミニウム系金属切削屑の溶解
   装置。 ６、請求項１〜５までの何れか一つの項に記載の溶解装
   置において、前記電磁撹拌機が前記溶湯供給炉の上部に
   も設置されているアルミニウム系金属切削屑の溶解装置
   。