JPH03199323A - アルミインゴットの冷材供給による急速溶解方法と装置 - 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】

［産業上の利用分封］ 本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下
アルミニウム系金属と称す）インゴットの瞬時溶解方法
と装置に関し、より具体的にはアルミニウム系金属の溶
湯をダイカストなどにより機械、電気機器などの部材と
して鋳造により成形するに際し、ダイカスト機のダイス
の注湯スロットやその他のｇＪＰ造設備の注湯口の直前
で、アルミニウム系金属インゴット（以下アルミインゴ
ットと略称する）の１〜２個を誘導加熱により直接溶解
する、いわゆる、冷材挿入溶解法により溶解し昇温域に
流下させて溶湯とし、その場で所定温度に昇温しでダイ
カスト機のダイス内などに注湯する急速溶解方法と装置
に関する。 特に、その挿入・溶解炉は冷材供給域に近接して配置さ
れる垂直炉であって、上端開口から冷材インゴットを供
給してその表面から逐次溶解して下端開口から溶滴とし
て滴下させ、この垂直溶解炉の下方に２本の腕と両腕を
連結する本体部とからなるコの字またはｔＪ字形（以下
Ｕ字形と称す）の注湯・昇温炉を配置するものである。 このＵ字形昇温・注湯炉は、その２本の腕を垂直上方に
向け１本体部を水平に配置した場合、２本の腕の一方の
端部が前記の溶解炉からの溶滴流の入口に、中間の本体
部が溶滴を集めて溶湯として収容する溶湯槽に、２本の
腕の他方の管端が溶湯の注湯口となり、溶湯槽となる中
間部を誘導加熱などにより所定の温度まで昇温するもの
であり、所定の温度に達したらば昇温炉全体を本体部の
軸心の回りに回転させて、溶湯を重力によりダイカスト
機のダイス内などに注湯する。 ［従来の技術］ 一般機械、特殊機械、車両、電気機器などの構造部材と
しては、アルミニウムが比重が小さく、融点が低いとい
う特性を有し、しかも合金とすれば、かなりの強度を持
たせることができることがら展伸材や鋳造品として多用
されている。 鋳造品としては、通常の金型、砂型鋳物以外にダイカス
ト、シェル型鋳物、遠心鋳物なども使用されるが、その
中でダイカスト法はダイカスト機（ダイカストマシンと
６呼ぶ）を使用して、溶融金属をダイスと呼ばれるグイ
金型内に高圧力で、しかも高速度で反復注入し精密鋳造
品とするのが可能なことから、寸法精度と生産性の要求
に合致するためますます多用されている。 しかしながら、一般にダイカスト機に溶湯を供給するに
は、第３図に示すように、ガスや重油を熱源とする溶解
炉３１により大量集中溶解を行ない５７０〜６００℃に
された溶湯を、同じくガスや重油を熱源とする保持炉３
２に移して長時間保持し、さらに台車３３などの運搬手
段により手許炉３４に移し、注湯するのに適したほぼ７
２０℃の温度まで昇温し、人力あるいはロボット３５な
どによりダイカスト機３６のタイスロット３７中に供給
する方法を踏襲している。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような方式は大規模で多数炉を使用
する作業工程を経由するため、広い工場スペースを必要
とし、また複数の炉を使用して長時間に亙り溶融状態に
保持し、史にそれらのｉ数の炉間な運搬するため、材料
の燃焼、酸化およびｍ敗などのロスによる材料歩留まり
が低い欠点ニ加え、排熱、放熱などによるエネルギーロ
スが多く物的な面で不経済であった。 また、溶湯の搬送、貯留、汲み出しなどの工程が多く作
業能率が低いのに加え、安全性の面に不安があり労働条
件の点でも欠点があった。 さらに、大容量の炉を所定温度まで昇温させるまでの立
ち上がり時間が長いため、溶解作業員を早出出動させる
必要があることなど労働条件に関する問題もあり解決が
要望され・ていた。 本発明の発明者は、大容量の溶解炉、中間保持炉、手許
炉などを併用する上記のような溶湯供給装置に対する課
題を解決するためアルミインゴットをダイカスト機のタ
イやその他の鋳造機の注湯口の直前で直接溶解し、所定
の注湯温度まで昇温しでタイに注湯する冷材急速溶解方
式を採用する構想を固めていたが、それには下記の諸点
を解決する必要があった。 ■アルミインゴットの冷材挿入溶解のための加熱エネル
ギーの熱源と溶解室の構造。 ■アルミインゴットを溶解室に挿入するための冷材供給
装置の構造。 ■アルミ溶湯を収容し所定の注湯温度まで昇温するため
の加熱手段と昇温室の構造。 ■溶解室から昇温室まで、さらに昇温室からタイの注湯
スロットなどへの注湯方法。 ■以上に関連した付帯設備。 ［課題を解決するための手段］ 本発明では、冷材の挿入、溶解、注湯などに関連した前
記の諸問題を解決するため、次のようなアルミインゴッ
トの急速溶解方法と装置を採用した。 まず、本発明の急速溶解方法について以下に説明する。 （イ）ダイカスト機のタイの注湯スロットなどに近接し
て、垂直に配置された挿入・溶解炉によりアルミインゴ
ットを上端の開口から挿入して、その表面から逐次溶解
して溶滴としてその下端から流下させる。 （ロ）挿入・溶解炉の直下にＵ字形の炉の両方の腕に相
当する部分を垂直に中間の直線部を水平に配置して昇温
・注湯炉とし、一方の腕に相当する部分の上端を入口と
して流下する溶滴を中間の直線部に収容して溶湯プール
を形成し、７２０°Ｃ前後の所定の温度まで昇温する。 （ハ）そして、前記昇温・注湯炉からダイの注湯スロッ
トへの注湯は、この昇温・注湯炉を長手軸線の回りに回
転させ、ノロの排出や炉の補修では出湯の場合と反対方
向に回転させる。 なお、前記挿入・溶解炉内でのアルミインゴット冷材の
溶解と、前記昇温・注湯炉内での溶湯の昇温とは、原Ｉ
ＩＩとして、それぞれの炉体の外周に配置した誘導加熱
コイルによって行なわれている。 また、前記アルミインゴットは、２個を１組としそれぞ
れの平らな底部を互いに接触させ背中合わせにした状態
で前記挿入・溶解炉内に挿入すると便利である。 そして２本発明の急速溶解装置は１次の部分から構成さ
れる。 （Ａ）アルミインゴット冷材が挿入される上端に位置す
る開口と、挿入されたアルミインゴット冷材を内部に保
留して表面から逐次溶解させるための容器となる中空の
炉体部と、前記中空炉体部の底部に配置され挿入された
アルミインゴット冷材を保持するとともに逐次形成され
る溶滴を通過させる開孔を有する整流板と、この整流板
の下方において前記の溶滴を流下させる流出口と、アル
ミインゴット冷材を溶解する加熱手段とを有する挿入・
溶解炉。 （Ｂ）前記挿入二溶解炉に近接してその下部に配置され
、ほぼ平行な二本の短い腕部と、これらの両腕部を直角
に連結してほぼ水平に配置され溶湯を所定の温度まで昇
温する加熱手段を備えた中間部とからなり全体がＵ字形
の中空管状体であって、前記中間部の軸線の回りに回転
可能に軸受により支持され、一方の腕部の管端がアルミ
ニウム系金属の溶滴流の入口となり、前記中間部が流入
した溶滴を収容して溶湯プールを形成し所定の注湯温度
まで昇温し、他方の腕部の管端が昇温された溶湯の注湯
口となる昇温・注湯炉。 なお、前記挿入・溶解炉に設けられた加熱手段と、前記
昇温・注湯炉に設けられた加熱手段とをそれぞれ別個の
誘導加熱コイルにすると良い。 また、前記昇温・注湯炉の下端に内部の溶湯を含む昇温
・注湯炉全体の重量変化を検知する計量センサを設ける
と便利である。

【作用］ アルミインゴットの挿入、溶解、昇温、注湯の通常の樫
業は１次の工程の反復で行なわれる。 アルミインゴットは、直立して配置されている挿入・溶
解炉本体の挿入口としての開口端から挿入され、溶解用
誘導加熱コイルによりその表面から溶滴として逐次溶融
させる。 かくして生じた溶滴は、スノコ状の整流板を通して昇温
・注湯炉内に滴下されて溶湯プールが形成され、注湯に
必要な量に達したらば昇温用誘導加熱コイルによりほぼ
７２０℃以上に昇温する。 そして、注湯するには注湯用モータで昇温・注湯炉をそ
の長手軸の回りに所定の角度だけ回動させて溶湯をダイ
カスト機のダイス内に傾注する。 予期しない停電、不要な残湯やノロなどを排出する場合
、あるいは炉の内壁を補修する場合などには、昇温・注
湯炉を注湯の場合とは反対方向に回動させ昇温・注湯炉
の先端の注湯用の開放端を、下向きではあるがダイカス
ト機の注湯スロットとは反対側になるようにしてノロ受
環や補修ヤードなどに落下させ排出する。 ［実施例］ 第１図は、本発明の冷材急速溶解装置の好適実施例を示
す側断面図である。 第１図において、ｌは本発明の急速溶解装置の全体を示
し、２は昇温・注湯炉で、３は挿入・溶解炉であり、両
方の炉を含む装置全体としては水平部の先が直角に若干
の高さだけ曲った逆り字形になっている。 挿入・溶解炉３は中空直管状で、上部開放端が冷材とし
てのアルミインゴットの挿入口８となり、挿入口８から
下部開放端４までがアルミインゴットの挿入と溶解を兼
ねる挿入・溶解域となる。 昇温・注湯炉２には、前記溶滴流人口５となる一方の腕
に対し他方の腕を形成する管端としての注湯口６が形成
されている。そして、昇温・注湯炉２の水平管の部分が
溶湯プール７となるとともに注湯口を兼ねる昇温・注湯
域となる。 昇温・注湯炉２の溶滴流人口５と挿入・溶解炉３の下部
開放端４とは、両者の間に一定の間隙を置いて上下に対
応して配置され、下部開放端４には多数の溝孔（スロッ
ト）が明けられたスノコ状整流板９が形成されている。 この整流板９は、挿入口８から挿入されたアルミインゴ
ット２０が重力により昇温・注湯炉２まで落下するのを
防止して、アルミインゴット２０を挿入・溶解炉３内に
拘束しておくとともに、この挿入・溶解炉３の外周に設
けた加熱溶解コイル１３により誘導加熱されてアルミイ
ンゴット２０の表面から溶融し滴下するアルミ溶滴を溝
孔（スロット）を通過して昇温・注湯炉２内に流入させ
溶湯プール７を形成させる。 昇温・注湯炉２の外周には、昇温コイル１０が装着され
ている。また、昇温・注湯炉２は、長手軸線上両端部側
に支軸１２が取付けられ、軸受１１によっ°Ｃ軸支され
ていて、注湯用モータギヤ（図示せず）を介してその長
手軸綿の回りに回転可能になっている。 昇温・注湯炉２は、支軸１２により回転可能に保持され
ているので、昇温・注湯炉２を反時計回り方向に回転さ
せ、注湯口６が下向きになるように角度制御すれば溶湯
プール７中の溶湯をダイカスト機のグイ内に注湯でき、
逆に時計回り方向に回転させて注湯口６を下向きにすれ
ば注湯した後の残湯やノロ、スラグ、炉壁の破片などを
ノロ捨てビット（図示せず）に排出できる。 また、昇温・注湯炉２は、支軸１２を水平軸として回動
可能にするため、溶滴流人口５とこれに対応して配置さ
れている挿入・溶解炉３の下部開放端４との間には常に
一定の間隙が形成される。 なお、昇温・注湯炉２は水平に定置されているので抜き
出して容易に交換することができる。 Ｃは、昇温・注湯炉２の下端に装着されたロードセルで
、昇温・注湯炉２と昇温コイル１０の組立体全体とその
内部の溶湯の合計重量による荷重を検知して、注湯の時
期を決定したり、次のアルミインゴットを挿入する最適
時期を設定する。 次に１本発明の冷材溶解のための急速溶解装置によりア
ルミインゴットを溶解する場合の操作方法について述べ
る。 （１）第２図（Ａ）に示すようなアルミインゴット２０
の２個を１組とし、第２図（Ｂ）に示すようにそれぞれ
の平らな底面２１を背中合わせに重ね、各アルミインゴ
ット２０の凹凸ある面２２がそれぞれ外側になるように
、して、冷材搬送装置（図示せず）により、第１図で示
す挿入・溶解炉３の挿入口８まで搬送する。 （２）アルミインゴット２０を、制動部材などの拘束か
ら開放し押入・溶解炉３の内側面に沿い重力で落下させ
てスノコ状の整流板９の上に着座させる。 （３）この状態で加熱溶解コイル１３に通電し。 アルミインゴット２０を誘導加熱によりほぼ５５０℃の
溶融温度以上に加熱させる。なお、この操作により生じ
た溶滴は、アルミインゴット２０の表面を伝わって流下
し、整流板９の細溝（スリット）を通過し、昇温・注湯
炉２に流入して溶湯プール７を形成する。そして、アル
ミインゴット２０は、その表面を伝わって流下する溶滴
により与えられる熱と溶解の進行によるアルミインゴツ
ト２０全体の温度上昇のため、整流板９に近いほどその
中心まで溶解されるので、溶解が進行亥るとともにアル
ミインゴット２０の高さは徐々に低くなる。 （４）次のアルミインゴットを挿入・溶解炉３内に挿入
する。なお、次のアルミインゴットを追加挿入する時期
は、アルミインゴットと加熱溶解コイル１３による磁束
との鎖交位置を考慮して決定する。そして、通常はアル
ミインゴットの頂部が、加熱溶解コイル１３を貫きこの
コイルｌｊ内部にある導体としてアルミのインゴットと
の鎖交線を越えて下方に下がろうとする時点が最適とさ
れ、この位置を最適鎖交ポイントと呼んでいる。 （５）必要に応じて、加熱溶解コイル１３の位置を挿入
・溶解炉３の外周に沿って上下に移動する。なお、この
操作をおこなうのは炉のサイズを一定にしても、アルミ
インゴットのサイズ、合金の種類などにより溶解域に対
する加熱溶解コイル１３の頂部を最適位置に設定し直す
ことが必要だからである。 （６）溶湯プール７と昇温・注湯炉２および昇温コイル
ＩＯの合計重量をロードセルＣにより計量し、溶湯プー
ル７内の溶湯量を計算する。そして、溶湯が所定の量に
達したらば、以上の溶解工程を中止して次に示す昇温工
程に切り替える。 （７）昇温コイルＩＯに通電し、昇温・注湯炉２の溶湯
プール７内の溶湯を所定の出湯温度になるまで昇温をさ
せる。 （８）所定の出湯温度に達したらば、軸受１１で軸支さ
れた昇温・注湯炉２を図示しない注湯用モータで駆動し
、炉体の長手軸心の回りに矢印Ｂで示すように反時計回
り方向に回動させ、注湯口６を適当な角度で下向きにし
、溶湯プール７内の溶湯をダイカスト機の注湯スロット
内に注湯する。 （９）注湯が終了したらば、昇温・注湯炉２を炉の長手
軸心の回りに時計回りへ方向に回動させ。 溶解時の姿勢に戻す。 （ｌＯ）前記溶解工程で発生した残湯、ノロなどを廃棄
したり、炉の耐火物が破損した破片などを取り出す場合
には、昇温・注湯炉２を矢印Ａで示すように時計回り方
向に回動させ、注湯口６が注湯の場合とは反対側で下向
きになるようにし、炉内の不必要なものをノロ捨てビッ
トなどに排出する。 なお、この実施例では、ダイカスト機に注湯する場合に
ついて説明したが、シェルモールド法その他の涛造法で
ち鋳型がコンベア方式で移動され注湯が固定の位置で行
なわれる場合にも有効に適用できることは勿論である。 【効果】 以上の説明から理解されるように、ダイカスト機のグイ
スロットの直前にアルミインゴットを挿入し溶解する、
いわゆる冷材挿入溶解を行なうに当り、本発明の装置に
よれば、構造と作用の面で下記のように多くの利点が達
成される。 （イ）挿入・溶解炉の挿入口に投入されたアルミインゴ
ットは、挿入・溶解炉の内側面に沿って溶解域内に挿入
されるので、スムーズな冷材の挿入が行なえる。 （ロ）アルミインゴットを溶解する炉としては挿入域と
溶解域が一体に連続している直立の中空管炉を採用し、
上方端の開口から冷材としてのアルミインゴットを挿入
し、下方の溶解域でアルミインゴットの表面から逐次溶
解して多数の溶滴として昇温・注湯炉内に供給し、昇温
・注湯炉内の溶湯が所定の量と注湯温度に達するまで加
熱手段で昇温させ注湯するので、連続的にアルミインゴ
ットの挿入・溶解・昇温ができる。 （ハ）所定の温度まで昇温された溶湯の注湯と、不要に
なった残湯やノロなどの排出には、昇温・注湯炉をその
長手軸緯を回転軸とし、それぞれ、反時計回り方向、ま
たは時計回り方向に回転させるだけでよく、電磁ポンプ
などの溶湯移動装置を特に設ける必要がなく、極めて簡
単な構造で製作費も安くて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図（Ａ
）は代表的なアルミインゴットの形状を示す斜視図、第
２図（Ｂ）はアルミインゴット２個を一対とした状態を
示す側面図、第３図は従来の溶解、注湯方式を示す模式
１程図である。 図面中の符号 １１：軸受、 １２：支軸、 １３：加熱溶解コイル、 ２０ニアルミインゴツト、Ｃ：ロードセル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の成分のアルミニウム系金属のインゴットを直
   立中空管状の挿入・溶解炉の上端開口から冷材として挿
   入し、その表面から内部に向かって逐次溶解し下端開口
   から溶滴流として流下させ。 前記挿入・溶解炉の下方に、両端にそれぞれ１本の腕部
   と、これらの両腕部を連結する中間部とからなるＵ字形
   中空管状の昇温・注湯炉を配置して前記挿入・溶解炉の
   下端開口から流下する溶滴流を前記昇温・注湯炉の一方
   の腕部の開口から受け入れて、その中間部に貯留し溶湯
   プールとし、この溶湯プールの溶湯を所定の温度まで昇
   温してから前記昇温・注湯炉をその中間部の軸線の回り
   に所定の角度だけ回転して、内部の溶湯を他方の腕部の
   開口からダイカスト機などの鋳造機に注湯することを特
   徴とするアルミインゴットの冷材供給による急速溶解方
   法。 ２、請求項１に記載のアルミインゴットの冷材供給によ
   る急速溶解方法において、挿入・溶解炉内でのアルミイ
   ンゴット冷材の溶解と、昇温・注湯炉内での溶湯の昇温
   とが、それぞれの炉体の外周に配置した誘導加熱コイル
   によって行なわれるアルミインゴットの冷材供給による
   急速溶解方法。 ３、挿入・溶解炉へ挿入されるアルミインゴットが２個
   を１組とし、それぞれの平らな底部を互いに接触させ背
   中合わせにした状態で挿入されるようになっている請求
   項１または２に記載のアルミインゴットの冷材供給によ
   る急速溶解方法。 ４、所定の成分のアルミニウム系金属のインゴットの溶
   湯をダイカスト機などの鋳造機に注湯するに際し、前記
   鋳造機に近接した位置で前記溶湯に対応する成分のアル
   ミインゴットを冷材として供給し、急速溶解により溶湯
   とし、昇温して注湯するアルミインゴットの冷材供給に
   よる急速溶解装置であって、 アルミインゴット冷材が挿入される上端に位置する開口
   と、挿入されたアルミインゴット冷材を内部に保留して
   表面から逐次溶解させるための容器となる中空の炉体部
   と、前記中空炉体部の底部に配置され挿入されたアルミ
   インゴット冷材を保持するとともに逐次形成される溶滴
   を通過させる開孔を有する整流板と、この整流板の下方
   において前記の溶滴を流下させる流出口と、アルミイン
   ゴット冷材を溶解する加熱手段とを有する挿入・溶解炉
   と、 前記挿入・溶解炉に近接してその下部に配置され、ほぼ
   平行な二本の短い腕部と、これらの両腕部を直角に連結
   してほぼ水平に配置され溶湯を所定の温度まで昇温する
   加熱手段を備えた中間部とからなり全体がＵ字形の中空
   管状体であって、前記中間部の軸線の回りに回転可能に
   軸受により支持され、一方の腕部の管端がアルミニウム
   系金属の溶滴流の入口となり、前記中間部が流入した溶
   滴を収容して溶湯プールを形成し所定の注湯温度まで昇
   温し、他方の腕部の管端が昇温された溶湯の注湯口とな
   る昇温・注湯炉とを有し、 前記挿入・溶解炉から供給されたアルミニウム系金属の
   溶滴が前記昇温・注湯炉の中間部に溶湯プールとして貯
   留されている間に所定の注湯温度まで昇温されてから、
   前記昇温・注湯炉をその中間部の軸心の回りに回転させ
   、溶湯を前記他方の腕部の管端の注湯口から注湯するよ
   うになっていることを特徴とするアルミインゴットの冷
   材供給による急速溶解装置。 ５、挿入・溶解炉に設けられた加熱手段と昇温・注湯炉
   に設けられた加熱手段とがそれぞれ別個の誘導加熱コイ
   ルである請求項４に記載のアルミインゴットの冷材供給
   による急速溶解装置。 ６、昇温・注湯炉の下端に、内部の溶湯を含む昇温・注
   湯炉全体の重量変化を検知する計量センサが設けられて
   いることを特徴とする請求項４または５に記載のアルミ
   インゴットの冷材供給による急速溶解装置。