JPH07504013A - 溶融金属用ポンプ装置 - 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】 溶融金属用ポンプ装置 本発明は、溶融金属を溶融炉から使用されるべき場所へ汲み出すポンプ装置に係 り、そして、前記ポンプ装置が、コンテナを有するガス・プランジャ型ポンプで あって、前記コンテナは、溶融金属を溶融炉から炉溶融物内吸込管を通して吸引 する吸込口、および溶融金属を使用場所へ押出す吐出口を備えるチャンバを保有 しているものと；ガス駆動される吸引加圧システムであって、前記システムは、 真空ポンプを備える吸引源、加圧機を備える加圧源、および吸引および加圧源を 二者択一的に連結もしくは遮断するバルブ手段を備えた導管を有し、そして加圧 源のガス圧力はコンテナ内部のチャンバ内溶融物上に直接作用しているものと； 並びにポンプ装置を制御する制御システムとから構成されていると共に、更に、 前記コンテナは溶融炉に対してその直上に垂直整夕１ルて配置さゎ、また前記吐 出口は前記コンテナの底部に配置されているものに関する。

欧州特許第１９０．６８０号、米国特許第４，０１０，８７６号、ドイツ国特許 第１．１９７，５９１号、英国特許第１．５９６．８２６号、米国特許第４゜７ ０８．１９１号、フランス国特許第２，０６１，７０８号、ドイツ国特許第３゜ ９２３．０７９号および日本国特許第１，０９５，８５６号等の明細書から、例 えば、加熱溶融物と接触する要素を保護すること、溶融物を不活性ガスで保護す ること、溶融物のレベルを誘電的もしくは容量的に計測すること、或いは溶融物 と接触するある種の要素にセラミック材グラファイトを使用すること等は、既に 公知である。

公知のポンプ装置は、全て特定の鋳造工程に限定されており、そして、殊に圧力 −増大方式の場合には、機構的設計が極めて複雑となるため運転信頼性およびサ ービス寿命が低下されていた。

本発明の目的は、比較的簡単な設計で且つ運転信頼性に勝れた圧力−増大方式で あって、しかも長いサービス寿命を有すると共に通常全ての鋳造方法および金属 に適用することができる、改良されたポンプ装置を達成することにある。

本発明に係るポンプ装置は、実質的には、下記のように、すなわち、コンテナの 吸込口はその底部に配置されており；バルブ手段がコンテナ内に配置されて前記 吸込口および吐出口を二者択一的に開口および閉塞し；吸引加圧システムが、真 空タンク、圧力タンク、これらの間を接続する真空ポンプ／加圧機ユニット。

および前記バルブ手段を含む閉塞回路から形成されると共に、前記導管を介して コンテナ内のチャンバに接続されており；そして、前記制御システムは、真空タ ンクおよび圧力タンクを二者択一的に接続および遮断すると共に、更にこれと同 期もしくは実質的に同期して前記吸込口および吐出口を二者択一的に開口および 閉塞するように、構成されていることを特徴とする。

本発明に係るポンプ装置は、従来のポンプ装置に比較して、次のような優れた利 点を有する；すなわち 一ポンプ全体が溶融物の上部に配置されている。溶融物内には、吸込管の一部と フィルタのみが位置されている。

−ポンプは、真空ポンプ／圧縮器ユニットで提供される圧力まで実質的に圧力− 増大される。これにより、鋳造品質が改善されると共に生産性が増大される。

なお、通常の低−圧力鋳造システムは約１バールの圧力を発生する。

−特別のレベル計測システムによって、溶融物レベルが溶融物と接触する計器は なんら要することなく計測さね、そして極めて正確な送出（ｄｏｓｉｎｇ）が可 能となる。

一閉塞された管システムを用いるので、溶融金属の酸化が低減される。

−簡単な保有溶融炉を使用することができる。

−溶融物を収容した開放容器を移動する必要がないので、作業環境が改善される 。

本発明に係るポンプ装置の、溶融物と接触する全ての部分はセラミック材料から 製造さね、溶融物（例えば、アルミニウムは殆どの材料に関して極めて浸液的で ある）に対して抵抗的であると共に耐熱的である。また、溶融物と接触する全て の部分は、溶融炉モジール（ｍｏｄｕｌｅ）で囲繞されそして加熱されている。

従って、管およびポンプ内で“凝固”されることはない。工場用溶融炉と同じく 、ポンプは生産中止の間および週末は加熱されている。

このように、ポンプ作動はガス駆動の吸引加圧システム手段で遂行される。真空 ポンプ／圧縮機ユニットが、真空タンクと圧力タンクの間に配置さね、真空タン ク内を確実にガス抜きすると共に圧力タンク内を十分な高圧に維持する。バルブ が、溶融物の吸引および押出しの間の所要スイッチ動作を達成する。ザンブから 吸引されるガスは高温であるので、アキュムレータを通過してエネルギを放出さ れる。また同様に、圧力を発生されるガスはアキュムレータを通過してエネルギ を付加される。これにより、エネルギ消費量が最低限に設定されることができる 。使用ガスは不活性ガスである。

ポンプバルブを上昇およびできれば回動するシステムが、ポンプに対する溶融金 属の流入および流出を規制するために設けられる。テストによれば、上昇バルブ が好適である。作動は、勿論、種々の形式の駆動源を用いて達成することができ る。

ポンプサイクル全体が、制御システム、好適にはＰＬＯによってモニタされる。

このシステムの利点は、流動および圧力がサイクルを通して制御されることであ る。

請求の範囲１に記載される特徴を有する、本発明に係るポンプ装置は、あらゆる 形式の鋳造方法に適用されることができる。すなわち、このポンプ装置は、例え ば、溶融金属を鋳型内で鋳造するよう、或いは溶融金属をグイ・カスト機械の容 器内に送出するよう、或いは溶融金属を冷却もしくは砂型に送出するよう、或い は溶融金属を種々のグイ設備を通して供給するよう、構成されている各使用場所 に対して接続されることができる。

次に、本発明を図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、溶融炉と、制御システムおよびガス駆動吸引加圧システムを備えて前記 溶融炉上に装着されるポンプ装置とを示す側面図である。

図２は、図１に係わるポンプ装置であって、前記２つのシステムを除く場合を示 す長手方向断面図である。

図３ａおよび３ｂは、図２に示すポンプ装置のポンプ底部部分の断面図で、バル ブコーン、並びにこのコーンの底部板シートとの協働および吸込管との連結を示 す説明図である。

図４は、ポンプと使用場所の間を接続する管部分を示す長手方向断面図である。

図５は、接続部の、ポンプから外側端部におけるインタセプタを示す長手方向断 面図である。

図６および７は、ポンプコンテナ懸垂部の、２つの異なる実施例を示す長手方向 断面図である。

図１および２を参照すると、溶融物４収容チヤンバ１８を備えるコンテナを有す るポンプ１からなる、液体金属用ポンプ装置が略図的に示されている。チャンバ １８の幅すなわち直径はその高さに比較して小さく、例えば約１＝４〜１ニア、 好適には１：５である。ポンプ１吸込管２の吸込口には、溶融物４内の不純物を 除去するセラミックフィルタ３が装着されており、溶融物は溶融炉５内に気密状 態に封止されている。前記フィルタ３は規定間隔で取替えなければならないが、 このフィルタ取替えに際しては、ポンプ１全体が溶融炉５から持上げらワ、シか もフィルタ保持器６は迅速連結に用意されているので、容易に取替えられる。

吸込管２はセラミック材料から形成されている。吸込管の一端縁部は支持板７に 押圧対接されている（図３参ａＯ管２および板７の間には、端縁部の欠損を防止 するための緩衝絶縁材８が介装されている。吸込管２およびブロック９間の接合 は気密でなければならないが、これは、両接触面をラップ加工してゲージブロッ クシステムよりも充分なシール機能付着性を付与するか、或いはシールを使用す ることにより達成することができる。更に、スプリングシステム１０によって余 分の対接が達成される。通常のシールはアルミニウムに対する耐性を有しないの で、グラファイトシール１１が使用される。しかしながら、グラファイトは高温 で酸化されるので、前記グラファイトシール１１の外側には回圧性シール１２を 配置して前記酸化を防止する。すなわち、グラファイトシール１１は溶融物をシ ールし、一方外側の通常シール１２はグラファイトシール１１の空気からの酸化 を防止する。

ブロック９は、セラミック材料から形成されそしてロッド状バルブコーン１３に 対するバルブシートを有する。バルブシートは、好適には円錐状に形成されて、 セラミックの欠損を防止すると共にバルブコーン１３の球面形状によりよく適合 される（図３参照）。バルブコーン１３もまた溶融物と接触されるので、これら もセラミック材料から形成されている。コーン１３は、グラファイトブッシング １４に案内されると共に金属保持器１５に取付けられており、そしてこの保持器 は、持ち上げおよび回転装置１６および１７にそれぞれ固定されている。コーン １３の下端縁部は球面に形成さね、これにより意図しない傾動を補償される。

溶融物内の不純物は高流動率の時により容易にポンプ要素に付着し、このため、 コンテナ内チャンバ１８の排出もしくは圧力増大が発生される前に、コーン１３ がこれら自身とブロック９の間に隙間を発生することが判明した澗３参町。

この場合、制御システム１９は、流動が発性されないよう流体圧力とガス圧力と を平衡せしめる。コンテナ内チャンバ１８の排出もしくは圧力増大は、隙間が最 大である時に発生される。

不純物は、上記施策にも拘らず、ブロック９およびコーン１３内物質に付着され るので、コーン１３は、規定間隔て回動さね、そしてブロック９内バルブシート に擦り合わされる。前記回動は、回動装置１７手段によって達成されける。

チャンバ１８を保有するコンテナもセラミック材料から形成さね、そして、使用 者へ送出（ｄｏｓｅ　ｏｕｔ）される溶融物を保持している。従って、このコン テナも、ブロック９および上部コンテナフランジ２０の双方に対して気密でなけ ればならない。ブロック９に対するシールは、前述した吸込管２に対するものと 原則的に同一である。コンテナフランジ２０に対しては、これは溶融物と接触さ れないので、通常のシール２１が使用される。

コンテナの下部部分に螺旋溝が設けられて、チャンバ１８を閉塞している。前記 溝内に金属ワイヤ２２が配置されて、ソレノイドを形成している。このソレノイ ド内に高周波電流を通電させると、特定インダクタンスが発生される。金属がコ ンテナ内チャンバ１８に流動されていると、インダクタンスは金属レベルに対応 して変動される。このレベルは、前記信号を、ポンプ装置に含まれる制御システ ム１９へ供給することにより確定されることができる。始動位置は、常に最大レ ベルである。コンテナ内のチャンバ１８への過供給を防止するために、安全装置 として作動する電極２３が、コンテナ内に挿着されている。システム１９は、使 用場所およびポンプ１からの或いはこれらに対するその他の信号を介して、鋳造 工程をその流動および圧力の双方に関して制御することができる。

チャンバ１８を保有するコンテナは、所望の温度に設定される溶融炉２４で囲繞 されている。

コンテナフランジ２０への放射熱を防止するために、溶融物表面２６とコンテナ フランジ２０の間には断熱材２５が配置されている。この断熱材は、チャンバ１ ８内の肩部（図示せ豹に懸垂されていて、ガスを両方向へ通過させる。

吐出管は、溶融炉モジュール２８で囲繞される部分２７を有する（図４参町。

吐出管部分２７および溶融炉モジュール２８は、支持要素として作用する外側金 属管２９を介して使用場所の上方に支持されている。それぞれの吐出管部分２７ の間にはシール３１が装着され、そしてこの各吐出管部分２７は接合スリーブ３ ０で接合されている。吐出管２７内で圧力増大が発生されるので、シール方法は 前述した吸込管２に対するそれと実質的に同一である。従って、グラファイトシ ール３２が付加されている。

インタセプタ３３が、吐出管２７の端縁部に装着されている（図５参照）。イン タセプタ３３は、溶融物のレベルを自動的に維持すると共に酸素に対する防護シ ールとしても作用する。金属酸化物の形成を更に防止するために、酸素−溶解化 学薬品の自動スプレィ装置３４をインタセプタ３３の上部に装着することができ る。

懸垂管３５もしくは底部フランジ３７が、連結ロッド３６と結合されて、ポンプ の各部分を結合するために使用される（図６参Ｅ、締付けは、チャンバ１８を保 有するコンテナおよびブロック９を、コンテナフランジ２０と懸垂管３５（図６ の上部図面）もしくは底部フランジ３７（図６の下部ｍの間で緊締することによ り達成される。種々の材料間における線膨張係数の異同による問題を解決するた めに、パッケージが前記スプリングシステム１０に締付けらでいれる。

ポンプ１は、不活性ガスでプランジャを作動するガス−プランジャポンプに設計 することができる。コンテナ容積の排出に際しては、バルブコーン１３が吸込口 ３８を開口することにより溶融物がコンテナ内チャンバ１８に上昇供給される。

溶融金属が使用場所で要求されると、バルブコーン１３が吐出口３９を開口する ことにより、ガスが溶融物を押出して所定量だけ供給する。

ポンプ装置は、また、真空ポンプ／加圧機ユニット４１．真空タンク４２．圧力 タンク４３およびバルブ４４を含む閉塞回路４９からなる吸引加圧システム４０ を含み、そしてこの回路４０は、前記バルブ４４を介してコンテナ内チャンバ１ ８に対して、熱アキュムレータ４５を備える導管５０によって接続されている。

システム４０は、このように完全に閉塞されているので、ガスを損失することは ない。真空ポンプ／加圧機ユニット４１は、連続作動されて、ガスを真空タンク ４２から圧力タンク４３へ移動する。排出に際しては、バルブ４４は、コンテナ 内チャンバ１８と真空タンク４２との間を連通開口する。溶融物の押出しに際し ては、バルブ４４は、チャンバ１８と圧力タンク４３との間を連通開口する。エ ネルギ損失を最低にするため、ガスは、排出に際しては熱エネルギを熱アキュム レータ４５に放出し、一方溶融物の押出しに際してはエネルギを前記アキュムレ ータ４５から取出す。

全ての鋳造および送出工程は、全鋳造工程を通じて流動および圧力が操作制御さ れるように、制御システム１９を介してモニタされる。

名 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、ＮＺ、ＰＬ、ＰＴ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＫ。

ＵＡ、　ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶融金属を溶融炉（５）から使用されるべき場所（４６）へ汲み出すポンプ 装置であって、前記ポンプ装置は、ガス・プランジャ型ポンプ（１）であって、 溶融金属を溶融炉（５）から溶融炉溶融物に浸漬された吸込管（２）を介して吸 引する吸込口（４７）、および溶融金属を使用場所（４６）へ押出す吐出口（４ ８）を備えたチャンバ（１８）を保有するコンテナを有するポンプ（１）と、 ガス駆動される吸引加圧システム（４０）であって、真空ポンプを備える吸引源 、加圧機を備える加圧源、および吸引および加圧減を二者択一的に接続もしくは 遮断するバルブ装置（４４）を備えた導管（５０）からなり、加圧源のガス圧力 はコンテナ内チャンバ（１８）内の溶融物上に直接作用する吸引加圧システム（ ４０）と、 ポンプ装置を制御する制御システム（１９）とから構成され、そして、前記コン テナは溶融炉（５）に対してその直上かつ一直線上に垂直整列して配置されると 共に、前記吐出口（４８）は前記コンテナの底部（９）に配置されているポンプ 装置において、 コンテナの吸込口（４７）はその底部（９）に配置されており、バルブ装置（１ ３）はコンテナ内に配置されて、前記吸込口（４７）および吐出口（４８）を二 者択一的に開閉し、前記吸引加圧システム（４０）は、真空タンク（４２）圧力 タンク（４３），これらの間を接続する真空ポンプ／加圧機ユニット（４１）， および前記バルブ装置（４４）を含む閉塞回路（４９）からなると共に、前記導 管（５０）を介してコンテナ内のチャンバ（１８）に接続されており、前記制御 システム（１９）は、真空タンク（４２）および圧力タンク（４３）を二者択一 的に接続および遮断すると共に、これと同期してもしくは実質的に同期して前記 吸込口（４７）および吐出口（４８）を二者択一的に開閉するよう構成されてい ることを特徴とするポンプ装置。 ２．熱アキュムレータ（４５）が、前記回路（４９）をコンテナ内チャンバ（１ ８）に接続する導管（５０）内に形成されていて、チャンバ（１８）から流出す るガスから熱エネルギを貯蔵すると共にチャンバ（１８）内へ流入するガスに熱 エネルギを放出することを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。 ３．コンテナ内チャンバ（１８）内のバルブ装置はセラミック材料からなる垂直 バルブゴーン（１３）よりなり、その各々は、これらバルブコーン（１３）をそ れぞれ吸込口（４７）および吐出口（４８）のバルブシートに対して上昇および 下降するようポンプ（１）の外側に装着された昇降装置に連結されており、そし て、前記バルブコーン（１３）およびバルブシートは協働する球状および／もし くは円錐状シール面を有することを特徴とする請求項１または２記載のポンプ装 置。 ４．バルブコーン（１３）は、シール面に擦り合わされるよう回動装置（１７） により旋回可能に枢支されており、これにより、シール面に付着される溶融物か らの不純物が除去されることを特徴とする請求項３記載のポンプ装置。 ５．制御システム（１９）は、回路（４９）内のバルブ装置（４４）およびチャ ンバ（１８）内のバルブ装置（１３）を制御するよう構成され、吸引もしくは加 圧状態が開始される前に、圧力平衡すると共に関連するバルブ装置（１３）を部 分的に開口して、溶融物のチャンバ（１８）に対する流入速度もしくは流出速度 を最少に設定するよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ かに記載のポンプ装置。 ６．金属ワイヤ（２２）が、チャンバ（１８）を保有するコンテナの内部または 外壁面上に装着されて電流回路内にソレノイドを形成し、このソレノイドのイン ダクタンスが、チャンバ（１８）内の溶融物レベルの指示値となることを特徴と する請求項１乃至５のいずれかに記載のポンプ装置。 ７．溶融物と接触する２つのポンプ装置要素間の各接合部の対向シール面は、酸 化防止用の通常の耐高熱外側シール（３１）と、溶融物防護用としてのグラファ イトシール（３２）との双方でシールされていることを特徴とする請求項１乃至 ６のいずれかに記載のポンプ装置。 ８．インタセプタ（３３）が、チャンバ（１８）保有コンテナと使用場所間の連 結部（２７）の端縁部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいず れかに記載のポンプ装置。 ９．スプレ装置（３４）が、酸化物を溶解する化学薬品を供給するためにインタ セプタ（３３）に結合配置されていることを特徴とする請求項８記載のポンプ装 置。 １０．セラミックフィルタ（３）が、溶融物内に挿入されている吸込管（２）端 縁部に配置され、ポンプ（１）を吸込管と共に上昇することにより交換され得る ように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のポン プ装置。 １１．断熱体（２５）が、コンテナフランジ（２１）で閉塞されたチャンバ（１ ８）を保有するコンテナの上部部分に配置され、この断熱体（２５）が、この断 熱体（２５）下方に位置する溶融物からの放射を防御することを特徴とする請求 項１乃至１０のいずれかに記載のポンプ装置１２．チャンバ（１８）を保有する コンテナとこのコンテナのブロック状底部（９）とが、上部コンテナフランジ（ ２０）と懸垂管（３５）もしくは底部フランジ（３７）との間に、スプリング装 置（１０）でコンテナフランジ（２０）に弾性クランプされている連結ロッド（ ３６）を介して、弾性クランプされていることを特徴とする請求項１乃至１１の いずれかに記載のポンプ装置。 １３．制御システム（１９）は、規定間隔で吸込口（４７）のバルブ装置（１３ ）を吸込管（２）から開口すると共にこれと同期して圧力タンク（４３）を接続 し、これにより、ガスを介して、溶融物を吸込管（２）を通し更にその下端部の フィルタ（３）を通して押返すことにより、溶融物内の異物を清掃するよう構成 されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のポンプ装置。