アルミニウム溶解炉
【課題】切粉・スクラップを含むアルミニウム原材料をより小さなエネルギーコストと、より少ないＣＯ２排出量の下で急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができる高熱効率アルミニウム急速溶解炉を提供する。
【解決手段】ガスバーナー式浸漬型ヒーター２が配備されているアルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料をアルミニウム溶湯に投入するアルミニウム材料投入室５と、前記アルミニウム溶湯が前記アルミニウム溶湯加熱室３と前記アルミニウム材料投入室５との間を循環流動するように前記アルミニウム溶湯に対して流動力を付与する流動力付与室１３とを備えているアルミニウム溶解炉１。
【解決手段】ガスバーナー式浸漬型ヒーター２が配備されているアルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料をアルミニウム溶湯に投入するアルミニウム材料投入室５と、前記アルミニウム溶湯が前記アルミニウム溶湯加熱室３と前記アルミニウム材料投入室５との間を循環流動するように前記アルミニウム溶湯に対して流動力を付与する流動力付与室１３とを備えているアルミニウム溶解炉１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウム溶解炉に関し、特に、アルミニウム原材料を急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができるアルミニウム溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車をはじめ、家電、建材等で使われている数多くのアルミニウム部品はアルミニウム鋳造で作られている。鋳造装置にアルミニウム溶湯を供給するのがアルミニウム溶解炉である。
【０００３】
自動車をはじめ、家電、その他の産業において使用される各種部品には数多くのアルミニウム鋳造品が用いられている。
【０００４】
アルミニウム鋳造品を製造する際、鋳造装置にアルミニウム溶湯を供給するアルミニウム溶解炉や、アルミニウム溶解保持炉については、従来その大半がガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉であった（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
従来のガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉の場合、熱効率が約２５％と低いため燃料消費量が多く、環境負荷（ＣＯ２排出量）も大きい。また、これらは一般的にガス燃焼バーナーによる直接加熱と局部過熱を行うもので、酸化物が発生し、アルミロスが増加せざるをえなかった。酸化物が発生した場合、その混入により溶湯品質が低下し、鋳造製品の品質低下、不良率増加の要因となっている、等々、従来のガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉によるアルミニウム溶解炉や、アルミニウム溶解保持炉には解決しなければならない多くの問題があった。
【０００６】
近年では一部に浸漬型電気ヒーターまたはリジェネレーティブガスバーナーを用いた高品質のアルミニウムを供給する溶解炉も開発されつつあるが、熱効率は何れも３０〜３５％程度である。
【０００７】
また、リジェネレーティブガスバーナーでは、局部加熱により溶湯温度ムラがあるため、酸化物が発生しやすく、また、極めて高価である、等の課題があった。
【０００８】
このため、現状においては、溶湯品質及び設備熱効率・省エネルギーが高次元で両立し、コスト面からも工業的に普及が期待できるアルミニウム溶解保持炉は見当たらない状況である。
【０００９】
また、アルミニウム廃棄物のリサイクルについては、塊状の材料については、従来の溶解炉で溶解できるが、加工によって生じた切粉はガスバーナー加熱あるいはアルミ溶湯に投入しても融けにくく、酸化物が多く生成してアルミ得率が低いため、その多くはリサイクルされずに廃棄されていた。
【００１０】
本願出願人は、これまで、アルミニウム溶湯を保持し、鋳造機へ供給する装置およびそれに用いる特殊耐火物についての研究開発を行ってきた。そして、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」（特許文献３および４参照）を開発した。
【００１１】
また前記の特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いてアルミ溶湯浸漬式電気ヒーター「セラコヒーター（商標）」とともに、外気に触れることなしにアルミ溶湯を給送するポンプ「アイメル（商標）」（特許文献５参照）を開発製品化し、アルミ溶湯の酸化抑制に寄与している。
【００１２】
さらには、「ニカセラコ（商標）」を用いた一体成形のアルミ溶湯バス、アルミ溶湯バルブおよび「セラコヒーター（商標）」を組み込んだ溶融アルミニウム保持炉（特許文献６、７）を開発商品化して、アルミ溶湯の高品質化、省エネルギー化を図ってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３５７３８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０２３７号公報
【特許文献３】特開２００１−８０９７０号公報
【特許文献４】特開２００９−２５６１３２号公報
【特許文献５】特開平９−３２７７６２号公報
【特許文献６】特開平１０−５９８２号公報
【特許文献７】特開平１０−５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来のガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉によるアルミニウム溶解炉や、アルミニウム溶解保持炉の前述した現状に鑑みてアルミニウム溶解炉を改善、改良することを目的にしている。
【００１５】
すなわち、本発明は、切粉・スクラップを含むアルミニウム原材料をより小さなエネルギーコストと、より少ないＣＯ２排出量の下で急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができるアルミニウム溶解炉を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、本願が提案するものは以下の通りである。
【００１７】
請求項１記載の発明は、
ガスバーナー式浸漬型ヒーターが配備されているアルミニウム溶湯加熱室と、
アルミニウム材料をアルミニウム溶湯に投入するアルミニウム材料投入室と、
前記アルミニウム溶湯が前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動するように前記アルミニウム溶湯に対して流動力を付与する流動力付与室と
を備えていることを特徴とするアルミニウム溶解炉
えある。
【００１８】
請求項２記載の発明は、
前記ガスバーナー式浸漬型ヒーターは、前記アルミニウム溶湯加熱室内の前記アルミニウム溶湯に浸漬されている耐熱性チューブと、当該耐熱性チューブ内に燃焼炎を吹き込むガス燃焼バーナーとを備えており、
前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム溶湯に投入される前記アルミニウム材料はアルミニウム材料供給装置に収容されていて、前記耐熱性チューブ内を通過してきた排ガスが当該アルミニウム材料供給装置の内部に供給されて、前記アルミニウム材料が予熱される
ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶解炉
である。
【００１９】
請求項３記載の発明は、
前記アルミニウム材料は、耐熱性の固定床と移動床とを備えている縦型ウォーキングビームによって前記アルミニウム材料供給装置を上側から下側に向けて移送され、前記アルミニウム溶湯に投入される
ことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム溶解炉
である。
【００２０】
請求項４記載の発明は、
前記流動力付与室は、
前記アルミニウム溶湯が流入している流入通路に連通していて前記流動力付与室の上側に配置されている渦流発生室と吸引孔を介して連通していると共に、
前記流動力付与室内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯が前記流動力付与室から流出していく流出通路に連通しており、
前記流動力付与室の下側に、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力を与える永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターが配備されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のアルミニウム溶解炉
である。
【００２１】
請求項５記載の発明は、
前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動する前記アルミニウム溶湯が、前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム材料が投入される際に、０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動するように、前記永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターによって、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力が付与される
ことを特徴とする請求項４記載のアルミニウム溶解炉
である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、切粉・スクラップを含むアルミニウム原材料をより小さなエネルギーコストと、より少ないＣＯ２排出量の下で急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができるアルミニウム溶解炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のアルミニウム溶解炉の概略構成を表す一部を省略した平面図。
【図２】アルミニウム溶湯加熱室とアルミニウム材料投入室との連設状態を表す一部を省略した断面図。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線部の一部を省略した端面図。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ線部の一部を省略した端面図。
【図５】本発明のアルミニウム溶解炉において流動力付与室が形成されている部分の構造の一例を説明する図であって、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線部の一部を省略した断面図、（ｂ）は渦流発生室の横端面図、（ｃ）は吸引孔が形成されている部分の横断面図、（ｄ）は流動力付与室の横断面図。
【図６】従来のガスバーナー加熱反射炉型アルミニウム溶解炉の概略構成を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を実施するための形態を添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明のアルミニウム溶解炉１の概略構成を表す一部を省略した平面図である。
【００２６】
本願発明のアルミニウム溶解炉１は、アルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料投入室５と、流動力付与室１３とを備えている（図１）。
【００２７】
アルミニウム溶湯加熱室３にはガスバーナー式浸漬型ヒーター２が配備されている。アルミニウム溶湯１０１に浸漬されているガスバーナー式浸漬型ヒーター２によってアルミニウム溶湯加熱室３においてアルミニウム溶湯１０１が加熱される。
【００２８】
アルミニウム材料投入室５では、アルミニウム材料（例えば、アルミニウムインゴット１０３）がアルミニウム溶湯１０１に投入される。
【００２９】
流動力付与室１３では、アルミニウム溶湯１０１に対して流動力が付与される。ここで付与された流動力により、アルミニウム溶湯１０１が、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を、矢印１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６で示すように、循環流動する。
【００３０】
なお、図示の実施形態では、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５とを連通する流路４の底面の高さを、図２に符号９で示すように、アルミニウム溶湯加熱室３の底面３１、アルミニウム材料投入室５の底面５１よりも高い位置にしている。
【００３１】
アルミニウム材料投入室５内で、液面が符号１０２で示されているアルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬されたアルミニウムインゴット１０３が溶解する際に生じた酸化物などが、アルミニウム材料投入室５からアルミニウム溶湯加熱室３に逆流しないようにする上で、図２図示のように、流路４の底面９の高さを、アルミニウム溶湯加熱室３の底面３１、アルミニウム材料投入室５の底面５１よりも高くしておくことが望ましい。
【００３２】
アルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料投入室５と、流動力付与室１３とを備えていて、図１に符号１００で示されている構造体からなるアルミニウム溶解炉１は、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いて成形し、組み立てた構造物である。
【００３３】
ガスバーナー式浸漬型ヒーター２は、耐熱性チューブ２２と、耐熱性チューブ２２内に燃焼炎を吹き込むガス燃焼バーナー２１とを備えている。
【００３４】
耐熱性チューブ２２はアルミニウム溶湯加熱室３内のアルミニウム溶湯１０１に浸漬されており、耐熱性チューブ２２内にガス燃焼バーナー２１から吹き込まれる燃焼炎によりアルミニウム溶湯加熱室３内のアルミニウム溶湯１０１は７００℃程度に加熱される。このように、内部に吹き込まれた燃焼炎により加熱された耐熱性チューブ２２の周壁を介してアルミニウム溶湯加熱室３内のアルミニウム溶湯１０１を加熱するので、加熱によるアルミニウム溶湯の酸化が生じるおそれはない。
【００３５】
これまで、アルミニウム溶湯中に浸漬した電気加熱式セラミックチューブヒーターは使われているが、ガスバーナー加熱式浸漬型セラミックチューブヒーターは実用化されていない。これは、ガスバーナー加熱の場合、燃焼炎の温度変動、あるいは局部加熱による熱歪みにより、セラミックチューブに亀裂が入ってしまうためである。
【００３６】
本発明において、耐熱性チューブ２２は、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いて成形したガスバーナー加熱式の浸漬型セラミックチューブヒーターである。本発明の耐熱性チューブ２２に使われている「ニカセラコ（商標）」は、一般のセラミックスに比べ、耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生し難いため、ガスバーナーの炎の変動による局部的な急激な温度変化に対しても異状なく、優れた耐久性を有している。さらに「ニカセラコ（商標）」は熱伝導性が良く、１３００℃の耐熱性とアルミニウム溶湯に対して優れた耐食性を有しているため、アルミニウム溶湯加熱チューブとして最適である。
【００３７】
アルミニウム材料投入室５の上側にはアルミニウム材料供給装置１５が配備されている。流動しているアルミニウム溶湯１０１に投入されるアルミニウムインゴット１０３はアルミニウム材料供給装置１５に収容されている。
【００３８】
本発明においては、耐熱性チューブ２２は耐熱性の接続パイプ２３を介してアルミニウム材料供給装置１５に接続されている。そこで、耐熱性チューブ２２、耐熱性の接続パイプ２３の内部を通過してきた高温の排ガスがアルミニウム材料供給装置１５の内部に供給され、アルミニウムインゴット１０３は予熱された状態で、矢印１１７で示すように、流動しているアルミニウム溶湯１０１内に投入される。
【００３９】
前述したようにアルミニウム溶湯１０１に浸漬される耐熱性チューブ２２は熱伝導性、耐熱性、アルミニウム溶湯に対する耐食性の観点から「ニカセラコ（商標）」を用いて成形している。アルミニウム溶湯１０１に浸漬されない接続パイプ２３は耐熱性を有すれば十分であるので、例えば、鉄製にすることができる。
【００４０】
アルミニウム材料供給装置１５の内部には、不図示の縦型ウォーキングビームが配備されており、この縦型ウォーキングビームによって、アルミニウムインゴット１０３はアルミニウム材料供給装置１５内を上側から下側に向けて移送され、アルミニウム溶湯１０１内に投入される。
【００４１】
前記の縦型ウォーキングビームは従来公知のように不図示の固定床と移動床とを備えており、移動床によって、固定床の一段ずつ下の段にアルミニウムインゴット１０３が移動され、最終的に、流動しているアルミニウム溶湯１０１内に浸漬する形式で、アルミニウムインゴット１０３が投入される。そこで、縦型ウォーキングビームが備えている固定床と移動床も、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いて成形されている。
【００４２】
図示の実施形態では、流動力付与室１３はその上側に配置されている渦流発生室１１と吸引孔１２を介して連通している。そして、渦流発生室１１は、アルミニウム材料投入室５と流入流路６を介して連通している。
【００４３】
また、流動力付与室１３は、流動力付与室１３内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯１０１が流動力付与室１３から流出していく流出流路８に連通している。
【００４４】
流動力付与室１３の下側には、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１に流動力を与える永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４が配備されており、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４によってアルミニウム溶湯１０１に対して流動力が与えられる。
【００４５】
永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４は、流動力付与室１３の下側に配備されていて、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１に、矢印１１４で示す方向に向かう流動力を付与するものである。本発明においては、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４は、流動力付与室１３の下側、例えば、符号１００で示すように成形されているアルミニウム溶解炉１の下側に配置される（図３）。
【００４６】
永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４は、高温金属溶湯の溶解炉などにおいて、金属溶湯を攪拌するために従来から使用されているものである。永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４からの磁力線により、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１内に渦電流が発生し、それによってできる磁極ＮＳが、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４の磁極と反発し、その反力によりアルミニウム溶湯１０１には矢印１１４で示す方向の流動力が付与される。こうして流動力付与室１３内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯１０１は、流出流路８を介して流動力付与室１３から流出し、アルミニウム溶湯加熱室３内に流動していく。
【００４７】
このようにして流動力付与室１３から流出流路８へとアルミニウム溶湯１０１が流出していくと、吸引孔１２を介して渦流発生室１１からアルミニウム溶湯１０１が吸引される。このため、渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１は矢印１１８で示す渦となって吸引孔１２に吸い込まれ、これに応じて、アルミニウム材料投入室５から流入流路６を介してアルミニウム溶湯１０１が矢印１１３で示すように渦流発生室１１内に流入してくる。
【００４８】
こうして、アルミニウム溶湯１０１は、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を、矢印１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６で示すように、循環流動する。
【００４９】
なお、渦流発生室１１とアルミニウム材料投入室５とは、仕切り壁によって区画され、流入流路６のみによって両者の間が連通するような構造にすることが望ましい。このような構造にすれば、図５（ｂ）図示のように、渦流発生室１１はアルミニウム材料投入室５と流入流路６を介して連通している以外は、構造物１００の壁面によって囲まれている構造になる。
【００５０】
前述したように、流動力付与室１３から流出通路８へとアルミニウム溶湯１０１が流出していくことにより、吸引孔１２を介して渦流発生室１１からアルミニウム溶湯１０１が流動力付与室１３内に吸引され、これによって、渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１に矢印１１８で示す渦流が形成される。前記のように、渦流発生室１１はアルミニウム材料投入室５と流入流路６を介して連通している以外は、構造物１００の壁面によって囲まれている構造にすることによって、矢印１１８で示す渦流の形成がより効率よく行われるようになる。
【００５１】
なお図示の実施形態では、図３、図４に図示されているように、アルミニウム材料投入室５と渦流発生室１１とを連通する流路１０の底面の高さを、アルミニウム材料投入室５の底面５１及び、吸引孔１２の上端開口の位置よりも高くしている。渦流発生室１１において、矢印１１８で示す渦流の形成がより効率よく行われるようになることを考慮したものである。
【００５２】
本発明においては、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４の出力を制御することによって、流動力付与室１３内で発生する矢印１１４で示す方向の流動力の強さを調整し、前述したように循環流動するアルミニウム溶湯１０１の流速を制御することができる。
【００５３】
アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を循環流動するアルミニウム溶湯１０１は、アルミニウム材料投入室５においてアルミニウム材料（アルミニウムインゴット１０３）が投入される際に、０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動するように、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４によって、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１に流動力を付与することが望ましい。
【００５４】
流速が０．５ｍ／秒より小さい場合、アルミニウム材料（アルミニウムインゴット１０３）の投入量、投入速度によっては、アルミニウム材料投入室５のアルミニウム溶湯１０１の温度が融解熱により低下してしまうおそれがある。一方、３ｍ／秒を越えると、アルミニウム溶湯１０１に乱流が発生して空気を巻き込み、酸化物の生成が多くなるので好ましくない。
【００５５】
本発明のアルミニウム溶解炉１においては、上述したように０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動しているアルミニウム溶湯１０１中にアルミニウム材料（例えば、アルミニウムインゴット１０３）が投入される。このため、アルミニウム原材料は流動しているアルミニウム溶湯に浸漬されて、溶解することになる。こうしてアルミニウム原材料は、アルミニウム溶湯中で溶解するため酸化することはない。
【００５６】
アルミニウム原材料が溶解する際には大量の融解熱を吸収しアルミニウム溶湯の温度は低下するが、上述したように、アルミニウム溶解炉１内においてアルミニウム溶湯を流動させ、流れをつくることにより、投入された固体のアルミニウム原材料の表面に常に高温のアルミニウム溶湯が供給され、固体のアルミニウム原材料は急速に溶解するのである。
【００５７】
この結果、本発明のアルミニウム溶解炉１の熱効率は５０％以上と大幅に向上する。
【実施例１】
【００５８】
アルミニウム溶解炉１に予め４トンのアルミニウム合金（ＡＤＣ１０）のアルミニウム溶湯１０１を満たし、ガスバーナー式浸漬型ヒーター２で加熱しアルミニウム溶湯１０１の温度を７００℃に保持した。
【００５９】
永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４を７０Ｈｚで駆動し、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１を矢印１１４で示すように回転させた。
【００６０】
これによって、アルミニウム溶湯１０１は流動力付与室１３から流出通路８を介して矢印１１５で示すようにアルミニウム溶湯加熱室３内に流入し、これに伴って、渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１は矢印１１８で示すように渦となって吸引孔１２に吸い込まれ、流動力付与室１３内に流入する。
【００６１】
こうして、アルミニウム溶湯１０１は、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を、矢印１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６で示すように、循環流動する。
【００６２】
循環流動するアルミニウム溶湯１０１の流速を、アルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料投入室５との間の流路４で測定したところ２ｍ/秒であった。
【００６３】
５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）を７２秒毎にアルミニウム材料供給装置１５に供給し、７２秒毎に５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）を２ｍ/秒の流速で流動しているアルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬した。
【００６４】
アルミニウム材料供給装置１５には、耐熱性の接続パイプ２３を介して、ガスバーナー式浸漬ヒーター２からの約９００℃の排ガスが供給されており、アルミニウム材料供給装置１５内はこれによって加熱されている。そこで、アルミニウム材料供給装置１５に７２秒毎に供給された５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）は不図示のウォーキングビームによってアルミニウム材料供給装置１５中を徐々に下がりながら予熱され、この予熱された状態で、流動しているアルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬される。
【００６５】
アルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬された５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）は目視によれば完全に溶解することを確認できた。
【００６６】
一方、アルミニウム溶解炉１からはポンプで２５０ｋｇ／時でアルミニウム溶湯をくみ出した。この状態で連続運転を続けたが、アルミニウム溶湯１０１の温度は７００℃±２℃に保持された。
【００６７】
連続運転時の熱収支を表１に示す。このアルミニウム溶解炉１の設備熱効率は５３．６％であった。
【表１】
【００６８】
（比較例１）
従来使用されているガスバーナー加熱反射炉型アルミニウム溶解炉２００（図６）でアルミニウム合金インゴット２０６を２５０ｋｇ／時投入して溶解運転を行い、熱収支を計算した結果を表２に示す。この炉の熱効率は２５％であった。
【表２】
【実施例２】
【００６９】
実施例１で図示し説明したアルミニウム溶解炉１に４トンのアルミニウム合金を満たし、ガスバーナー式浸漬型ヒーター２で加熱しアルミニウム溶湯温度を７００℃に保持し、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４を７０Ｈｚで駆動し、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１を矢印１１４で示すように回転させた。
【００７０】
矢印１１８で示すように渦となって吸引孔１２に吸い込まれる渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１にアルミ切粉を４．２ｋｇ／分（２５０ｋｇ／時）で投入した。
【００７１】
投入したアルミ切粉は矢印１１８で示す渦流になっているアルミニウム溶湯１０１中に瞬時に没し、付着していた油は炎を上げて燃えた。
【００７２】
アルミニウム溶解炉１から汲み出したアルミ溶湯中の酸化物およびガス量は正常であった。
【００７３】
このように、本発明のアルミニウム溶解炉１においては、流動力付与室１３を、アルミニウム溶湯が流入している流入通路６に連通していて流動力付与室１３の上側に配置されている渦流発生室１１と吸引孔１２を介して連通していると共に、流動力付与室１３内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯１０１が流動力付与室１３から流出していく流出通路８に連通している構造にしている。そして、流動力付与室１３において、矢印１１４で示される回転方向の流動力をアルミニウム溶湯１０１に与えることによって、流動力付与室１３からアルミニウム溶湯１０１を流出通路８を介して流出させ、これに応じて、渦流発生室１１から吸引孔１２を介してアルミニウム溶湯１０１を吸引することにより、渦流発生室１１のアルミニウム溶湯１０１に矢印１１８で示す渦流を発生させている。
【００７４】
加工によって生じた切粉はガスバーナー加熱あるいはアルミ溶湯に投入しても融けにくく、酸化物が多く生成してアルミ得率が低いため、その多くはリサイクルされずに廃棄されていた。本発明によれば、前述したように、加工によって生じた切粉などを渦流発生室１１の渦流１１８に投入して、アルミ溶湯中の酸化物の生成を抑制しながら、効率よく溶解させることができる。
【００７５】
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上述した実施形態や、実施例に限定されることなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々に変更可能である。
【００７６】
例えば、上記では、アルミニウム材料投入室５の下流で、アルミニウム材料投入室５とアルミニウム溶湯加熱室３との間に流動力付与室１３を配置し、アルミニウム溶湯１０１をアルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間で循環流動させていた。これを変更して、アルミニウム溶湯加熱室３の下流で、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間に流動力付与室１３を配置し、アルミニウム溶湯１０１をアルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間で循環流動させることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１ アルミニウム溶解炉
２ ガスバーナー式浸漬型ヒーター
３ アルミニウム溶湯加熱室
４ 流路
６ 流入流路
５ アルミニウム材料投入室
８ 流出流路
１１ 渦流発生室
１２ 吸引孔
１３ 流動力付与室
１４ 永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター
１５ アルミニウム材料供給装置
２１ ガス燃焼バーナー
２２ 耐熱性チューブ
１０１ アルミニウム溶湯
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ アルミニウムインゴット
２００ ガスバーナー加熱反射炉型アルミニウム溶解炉
２０１ 溶解室
２０２ 保持室
２０３ 汲み出し室
２０４ ガスバーナー（アルミニウム溶解用）
２０５ ガスバーナー（アルミニウム溶湯加熱用）
２０６ アルミニウム合金インゴット
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウム溶解炉に関し、特に、アルミニウム原材料を急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができるアルミニウム溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車をはじめ、家電、建材等で使われている数多くのアルミニウム部品はアルミニウム鋳造で作られている。鋳造装置にアルミニウム溶湯を供給するのがアルミニウム溶解炉である。
【０００３】
自動車をはじめ、家電、その他の産業において使用される各種部品には数多くのアルミニウム鋳造品が用いられている。
【０００４】
アルミニウム鋳造品を製造する際、鋳造装置にアルミニウム溶湯を供給するアルミニウム溶解炉や、アルミニウム溶解保持炉については、従来その大半がガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉であった（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
従来のガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉の場合、熱効率が約２５％と低いため燃料消費量が多く、環境負荷（ＣＯ２排出量）も大きい。また、これらは一般的にガス燃焼バーナーによる直接加熱と局部過熱を行うもので、酸化物が発生し、アルミロスが増加せざるをえなかった。酸化物が発生した場合、その混入により溶湯品質が低下し、鋳造製品の品質低下、不良率増加の要因となっている、等々、従来のガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉によるアルミニウム溶解炉や、アルミニウム溶解保持炉には解決しなければならない多くの問題があった。
【０００６】
近年では一部に浸漬型電気ヒーターまたはリジェネレーティブガスバーナーを用いた高品質のアルミニウムを供給する溶解炉も開発されつつあるが、熱効率は何れも３０〜３５％程度である。
【０００７】
また、リジェネレーティブガスバーナーでは、局部加熱により溶湯温度ムラがあるため、酸化物が発生しやすく、また、極めて高価である、等の課題があった。
【０００８】
このため、現状においては、溶湯品質及び設備熱効率・省エネルギーが高次元で両立し、コスト面からも工業的に普及が期待できるアルミニウム溶解保持炉は見当たらない状況である。
【０００９】
また、アルミニウム廃棄物のリサイクルについては、塊状の材料については、従来の溶解炉で溶解できるが、加工によって生じた切粉はガスバーナー加熱あるいはアルミ溶湯に投入しても融けにくく、酸化物が多く生成してアルミ得率が低いため、その多くはリサイクルされずに廃棄されていた。
【００１０】
本願出願人は、これまで、アルミニウム溶湯を保持し、鋳造機へ供給する装置およびそれに用いる特殊耐火物についての研究開発を行ってきた。そして、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」（特許文献３および４参照）を開発した。
【００１１】
また前記の特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いてアルミ溶湯浸漬式電気ヒーター「セラコヒーター（商標）」とともに、外気に触れることなしにアルミ溶湯を給送するポンプ「アイメル（商標）」（特許文献５参照）を開発製品化し、アルミ溶湯の酸化抑制に寄与している。
【００１２】
さらには、「ニカセラコ（商標）」を用いた一体成形のアルミ溶湯バス、アルミ溶湯バルブおよび「セラコヒーター（商標）」を組み込んだ溶融アルミニウム保持炉（特許文献６、７）を開発商品化して、アルミ溶湯の高品質化、省エネルギー化を図ってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３５７３８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０２３７号公報
【特許文献３】特開２００１−８０９７０号公報
【特許文献４】特開２００９−２５６１３２号公報
【特許文献５】特開平９−３２７７６２号公報
【特許文献６】特開平１０−５９８２号公報
【特許文献７】特開平１０−５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来のガス燃焼バーナーを用いた坩堝炉または反射炉によるアルミニウム溶解炉や、アルミニウム溶解保持炉の前述した現状に鑑みてアルミニウム溶解炉を改善、改良することを目的にしている。
【００１５】
すなわち、本発明は、切粉・スクラップを含むアルミニウム原材料をより小さなエネルギーコストと、より少ないＣＯ２排出量の下で急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができるアルミニウム溶解炉を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、本願が提案するものは以下の通りである。
【００１７】
請求項１記載の発明は、
ガスバーナー式浸漬型ヒーターが配備されているアルミニウム溶湯加熱室と、
アルミニウム材料をアルミニウム溶湯に投入するアルミニウム材料投入室と、
前記アルミニウム溶湯が前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動するように前記アルミニウム溶湯に対して流動力を付与する流動力付与室と
を備えていることを特徴とするアルミニウム溶解炉
えある。
【００１８】
請求項２記載の発明は、
前記ガスバーナー式浸漬型ヒーターは、前記アルミニウム溶湯加熱室内の前記アルミニウム溶湯に浸漬されている耐熱性チューブと、当該耐熱性チューブ内に燃焼炎を吹き込むガス燃焼バーナーとを備えており、
前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム溶湯に投入される前記アルミニウム材料はアルミニウム材料供給装置に収容されていて、前記耐熱性チューブ内を通過してきた排ガスが当該アルミニウム材料供給装置の内部に供給されて、前記アルミニウム材料が予熱される
ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶解炉
である。
【００１９】
請求項３記載の発明は、
前記アルミニウム材料は、耐熱性の固定床と移動床とを備えている縦型ウォーキングビームによって前記アルミニウム材料供給装置を上側から下側に向けて移送され、前記アルミニウム溶湯に投入される
ことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム溶解炉
である。
【００２０】
請求項４記載の発明は、
前記流動力付与室は、
前記アルミニウム溶湯が流入している流入通路に連通していて前記流動力付与室の上側に配置されている渦流発生室と吸引孔を介して連通していると共に、
前記流動力付与室内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯が前記流動力付与室から流出していく流出通路に連通しており、
前記流動力付与室の下側に、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力を与える永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターが配備されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のアルミニウム溶解炉
である。
【００２１】
請求項５記載の発明は、
前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動する前記アルミニウム溶湯が、前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム材料が投入される際に、０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動するように、前記永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターによって、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力が付与される
ことを特徴とする請求項４記載のアルミニウム溶解炉
である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、切粉・スクラップを含むアルミニウム原材料をより小さなエネルギーコストと、より少ないＣＯ２排出量の下で急速に溶解するとともに、酸化物の生成を抑制してアルミニウム歩留まりを向上させ、エネルギー消費量を飛躍的に低減することができるアルミニウム溶解炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のアルミニウム溶解炉の概略構成を表す一部を省略した平面図。
【図２】アルミニウム溶湯加熱室とアルミニウム材料投入室との連設状態を表す一部を省略した断面図。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線部の一部を省略した端面図。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ線部の一部を省略した端面図。
【図５】本発明のアルミニウム溶解炉において流動力付与室が形成されている部分の構造の一例を説明する図であって、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線部の一部を省略した断面図、（ｂ）は渦流発生室の横端面図、（ｃ）は吸引孔が形成されている部分の横断面図、（ｄ）は流動力付与室の横断面図。
【図６】従来のガスバーナー加熱反射炉型アルミニウム溶解炉の概略構成を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を実施するための形態を添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明のアルミニウム溶解炉１の概略構成を表す一部を省略した平面図である。
【００２６】
本願発明のアルミニウム溶解炉１は、アルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料投入室５と、流動力付与室１３とを備えている（図１）。
【００２７】
アルミニウム溶湯加熱室３にはガスバーナー式浸漬型ヒーター２が配備されている。アルミニウム溶湯１０１に浸漬されているガスバーナー式浸漬型ヒーター２によってアルミニウム溶湯加熱室３においてアルミニウム溶湯１０１が加熱される。
【００２８】
アルミニウム材料投入室５では、アルミニウム材料（例えば、アルミニウムインゴット１０３）がアルミニウム溶湯１０１に投入される。
【００２９】
流動力付与室１３では、アルミニウム溶湯１０１に対して流動力が付与される。ここで付与された流動力により、アルミニウム溶湯１０１が、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を、矢印１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６で示すように、循環流動する。
【００３０】
なお、図示の実施形態では、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５とを連通する流路４の底面の高さを、図２に符号９で示すように、アルミニウム溶湯加熱室３の底面３１、アルミニウム材料投入室５の底面５１よりも高い位置にしている。
【００３１】
アルミニウム材料投入室５内で、液面が符号１０２で示されているアルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬されたアルミニウムインゴット１０３が溶解する際に生じた酸化物などが、アルミニウム材料投入室５からアルミニウム溶湯加熱室３に逆流しないようにする上で、図２図示のように、流路４の底面９の高さを、アルミニウム溶湯加熱室３の底面３１、アルミニウム材料投入室５の底面５１よりも高くしておくことが望ましい。
【００３２】
アルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料投入室５と、流動力付与室１３とを備えていて、図１に符号１００で示されている構造体からなるアルミニウム溶解炉１は、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いて成形し、組み立てた構造物である。
【００３３】
ガスバーナー式浸漬型ヒーター２は、耐熱性チューブ２２と、耐熱性チューブ２２内に燃焼炎を吹き込むガス燃焼バーナー２１とを備えている。
【００３４】
耐熱性チューブ２２はアルミニウム溶湯加熱室３内のアルミニウム溶湯１０１に浸漬されており、耐熱性チューブ２２内にガス燃焼バーナー２１から吹き込まれる燃焼炎によりアルミニウム溶湯加熱室３内のアルミニウム溶湯１０１は７００℃程度に加熱される。このように、内部に吹き込まれた燃焼炎により加熱された耐熱性チューブ２２の周壁を介してアルミニウム溶湯加熱室３内のアルミニウム溶湯１０１を加熱するので、加熱によるアルミニウム溶湯の酸化が生じるおそれはない。
【００３５】
これまで、アルミニウム溶湯中に浸漬した電気加熱式セラミックチューブヒーターは使われているが、ガスバーナー加熱式浸漬型セラミックチューブヒーターは実用化されていない。これは、ガスバーナー加熱の場合、燃焼炎の温度変動、あるいは局部加熱による熱歪みにより、セラミックチューブに亀裂が入ってしまうためである。
【００３６】
本発明において、耐熱性チューブ２２は、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いて成形したガスバーナー加熱式の浸漬型セラミックチューブヒーターである。本発明の耐熱性チューブ２２に使われている「ニカセラコ（商標）」は、一般のセラミックスに比べ、耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生し難いため、ガスバーナーの炎の変動による局部的な急激な温度変化に対しても異状なく、優れた耐久性を有している。さらに「ニカセラコ（商標）」は熱伝導性が良く、１３００℃の耐熱性とアルミニウム溶湯に対して優れた耐食性を有しているため、アルミニウム溶湯加熱チューブとして最適である。
【００３７】
アルミニウム材料投入室５の上側にはアルミニウム材料供給装置１５が配備されている。流動しているアルミニウム溶湯１０１に投入されるアルミニウムインゴット１０３はアルミニウム材料供給装置１５に収容されている。
【００３８】
本発明においては、耐熱性チューブ２２は耐熱性の接続パイプ２３を介してアルミニウム材料供給装置１５に接続されている。そこで、耐熱性チューブ２２、耐熱性の接続パイプ２３の内部を通過してきた高温の排ガスがアルミニウム材料供給装置１５の内部に供給され、アルミニウムインゴット１０３は予熱された状態で、矢印１１７で示すように、流動しているアルミニウム溶湯１０１内に投入される。
【００３９】
前述したようにアルミニウム溶湯１０１に浸漬される耐熱性チューブ２２は熱伝導性、耐熱性、アルミニウム溶湯に対する耐食性の観点から「ニカセラコ（商標）」を用いて成形している。アルミニウム溶湯１０１に浸漬されない接続パイプ２３は耐熱性を有すれば十分であるので、例えば、鉄製にすることができる。
【００４０】
アルミニウム材料供給装置１５の内部には、不図示の縦型ウォーキングビームが配備されており、この縦型ウォーキングビームによって、アルミニウムインゴット１０３はアルミニウム材料供給装置１５内を上側から下側に向けて移送され、アルミニウム溶湯１０１内に投入される。
【００４１】
前記の縦型ウォーキングビームは従来公知のように不図示の固定床と移動床とを備えており、移動床によって、固定床の一段ずつ下の段にアルミニウムインゴット１０３が移動され、最終的に、流動しているアルミニウム溶湯１０１内に浸漬する形式で、アルミニウムインゴット１０３が投入される。そこで、縦型ウォーキングビームが備えている固定床と移動床も、耐火物をセラミック繊維で強化した耐熱衝撃性に優れ、クラックが発生しにくい特殊耐火物「ニカセラコ（商標）」を用いて成形されている。
【００４２】
図示の実施形態では、流動力付与室１３はその上側に配置されている渦流発生室１１と吸引孔１２を介して連通している。そして、渦流発生室１１は、アルミニウム材料投入室５と流入流路６を介して連通している。
【００４３】
また、流動力付与室１３は、流動力付与室１３内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯１０１が流動力付与室１３から流出していく流出流路８に連通している。
【００４４】
流動力付与室１３の下側には、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１に流動力を与える永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４が配備されており、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４によってアルミニウム溶湯１０１に対して流動力が与えられる。
【００４５】
永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４は、流動力付与室１３の下側に配備されていて、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１に、矢印１１４で示す方向に向かう流動力を付与するものである。本発明においては、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４は、流動力付与室１３の下側、例えば、符号１００で示すように成形されているアルミニウム溶解炉１の下側に配置される（図３）。
【００４６】
永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４は、高温金属溶湯の溶解炉などにおいて、金属溶湯を攪拌するために従来から使用されているものである。永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４からの磁力線により、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１内に渦電流が発生し、それによってできる磁極ＮＳが、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４の磁極と反発し、その反力によりアルミニウム溶湯１０１には矢印１１４で示す方向の流動力が付与される。こうして流動力付与室１３内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯１０１は、流出流路８を介して流動力付与室１３から流出し、アルミニウム溶湯加熱室３内に流動していく。
【００４７】
このようにして流動力付与室１３から流出流路８へとアルミニウム溶湯１０１が流出していくと、吸引孔１２を介して渦流発生室１１からアルミニウム溶湯１０１が吸引される。このため、渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１は矢印１１８で示す渦となって吸引孔１２に吸い込まれ、これに応じて、アルミニウム材料投入室５から流入流路６を介してアルミニウム溶湯１０１が矢印１１３で示すように渦流発生室１１内に流入してくる。
【００４８】
こうして、アルミニウム溶湯１０１は、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を、矢印１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６で示すように、循環流動する。
【００４９】
なお、渦流発生室１１とアルミニウム材料投入室５とは、仕切り壁によって区画され、流入流路６のみによって両者の間が連通するような構造にすることが望ましい。このような構造にすれば、図５（ｂ）図示のように、渦流発生室１１はアルミニウム材料投入室５と流入流路６を介して連通している以外は、構造物１００の壁面によって囲まれている構造になる。
【００５０】
前述したように、流動力付与室１３から流出通路８へとアルミニウム溶湯１０１が流出していくことにより、吸引孔１２を介して渦流発生室１１からアルミニウム溶湯１０１が流動力付与室１３内に吸引され、これによって、渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１に矢印１１８で示す渦流が形成される。前記のように、渦流発生室１１はアルミニウム材料投入室５と流入流路６を介して連通している以外は、構造物１００の壁面によって囲まれている構造にすることによって、矢印１１８で示す渦流の形成がより効率よく行われるようになる。
【００５１】
なお図示の実施形態では、図３、図４に図示されているように、アルミニウム材料投入室５と渦流発生室１１とを連通する流路１０の底面の高さを、アルミニウム材料投入室５の底面５１及び、吸引孔１２の上端開口の位置よりも高くしている。渦流発生室１１において、矢印１１８で示す渦流の形成がより効率よく行われるようになることを考慮したものである。
【００５２】
本発明においては、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４の出力を制御することによって、流動力付与室１３内で発生する矢印１１４で示す方向の流動力の強さを調整し、前述したように循環流動するアルミニウム溶湯１０１の流速を制御することができる。
【００５３】
アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を循環流動するアルミニウム溶湯１０１は、アルミニウム材料投入室５においてアルミニウム材料（アルミニウムインゴット１０３）が投入される際に、０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動するように、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４によって、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１に流動力を付与することが望ましい。
【００５４】
流速が０．５ｍ／秒より小さい場合、アルミニウム材料（アルミニウムインゴット１０３）の投入量、投入速度によっては、アルミニウム材料投入室５のアルミニウム溶湯１０１の温度が融解熱により低下してしまうおそれがある。一方、３ｍ／秒を越えると、アルミニウム溶湯１０１に乱流が発生して空気を巻き込み、酸化物の生成が多くなるので好ましくない。
【００５５】
本発明のアルミニウム溶解炉１においては、上述したように０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動しているアルミニウム溶湯１０１中にアルミニウム材料（例えば、アルミニウムインゴット１０３）が投入される。このため、アルミニウム原材料は流動しているアルミニウム溶湯に浸漬されて、溶解することになる。こうしてアルミニウム原材料は、アルミニウム溶湯中で溶解するため酸化することはない。
【００５６】
アルミニウム原材料が溶解する際には大量の融解熱を吸収しアルミニウム溶湯の温度は低下するが、上述したように、アルミニウム溶解炉１内においてアルミニウム溶湯を流動させ、流れをつくることにより、投入された固体のアルミニウム原材料の表面に常に高温のアルミニウム溶湯が供給され、固体のアルミニウム原材料は急速に溶解するのである。
【００５７】
この結果、本発明のアルミニウム溶解炉１の熱効率は５０％以上と大幅に向上する。
【実施例１】
【００５８】
アルミニウム溶解炉１に予め４トンのアルミニウム合金（ＡＤＣ１０）のアルミニウム溶湯１０１を満たし、ガスバーナー式浸漬型ヒーター２で加熱しアルミニウム溶湯１０１の温度を７００℃に保持した。
【００５９】
永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４を７０Ｈｚで駆動し、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１を矢印１１４で示すように回転させた。
【００６０】
これによって、アルミニウム溶湯１０１は流動力付与室１３から流出通路８を介して矢印１１５で示すようにアルミニウム溶湯加熱室３内に流入し、これに伴って、渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１は矢印１１８で示すように渦となって吸引孔１２に吸い込まれ、流動力付与室１３内に流入する。
【００６１】
こうして、アルミニウム溶湯１０１は、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間を、矢印１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６で示すように、循環流動する。
【００６２】
循環流動するアルミニウム溶湯１０１の流速を、アルミニウム溶湯加熱室３と、アルミニウム材料投入室５との間の流路４で測定したところ２ｍ/秒であった。
【００６３】
５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）を７２秒毎にアルミニウム材料供給装置１５に供給し、７２秒毎に５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）を２ｍ/秒の流速で流動しているアルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬した。
【００６４】
アルミニウム材料供給装置１５には、耐熱性の接続パイプ２３を介して、ガスバーナー式浸漬ヒーター２からの約９００℃の排ガスが供給されており、アルミニウム材料供給装置１５内はこれによって加熱されている。そこで、アルミニウム材料供給装置１５に７２秒毎に供給された５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）は不図示のウォーキングビームによってアルミニウム材料供給装置１５中を徐々に下がりながら予熱され、この予熱された状態で、流動しているアルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬される。
【００６５】
アルミニウム溶湯１０１中に投入、浸漬された５ｋｇのアルミニウムインゴット１０３（ＡＤＣ１０）は目視によれば完全に溶解することを確認できた。
【００６６】
一方、アルミニウム溶解炉１からはポンプで２５０ｋｇ／時でアルミニウム溶湯をくみ出した。この状態で連続運転を続けたが、アルミニウム溶湯１０１の温度は７００℃±２℃に保持された。
【００６７】
連続運転時の熱収支を表１に示す。このアルミニウム溶解炉１の設備熱効率は５３．６％であった。
【表１】
【００６８】
（比較例１）
従来使用されているガスバーナー加熱反射炉型アルミニウム溶解炉２００（図６）でアルミニウム合金インゴット２０６を２５０ｋｇ／時投入して溶解運転を行い、熱収支を計算した結果を表２に示す。この炉の熱効率は２５％であった。
【表２】
【実施例２】
【００６９】
実施例１で図示し説明したアルミニウム溶解炉１に４トンのアルミニウム合金を満たし、ガスバーナー式浸漬型ヒーター２で加熱しアルミニウム溶湯温度を７００℃に保持し、永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター１４を７０Ｈｚで駆動し、流動力付与室１３内のアルミニウム溶湯１０１を矢印１１４で示すように回転させた。
【００７０】
矢印１１８で示すように渦となって吸引孔１２に吸い込まれる渦流発生室１１内のアルミニウム溶湯１０１にアルミ切粉を４．２ｋｇ／分（２５０ｋｇ／時）で投入した。
【００７１】
投入したアルミ切粉は矢印１１８で示す渦流になっているアルミニウム溶湯１０１中に瞬時に没し、付着していた油は炎を上げて燃えた。
【００７２】
アルミニウム溶解炉１から汲み出したアルミ溶湯中の酸化物およびガス量は正常であった。
【００７３】
このように、本発明のアルミニウム溶解炉１においては、流動力付与室１３を、アルミニウム溶湯が流入している流入通路６に連通していて流動力付与室１３の上側に配置されている渦流発生室１１と吸引孔１２を介して連通していると共に、流動力付与室１３内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯１０１が流動力付与室１３から流出していく流出通路８に連通している構造にしている。そして、流動力付与室１３において、矢印１１４で示される回転方向の流動力をアルミニウム溶湯１０１に与えることによって、流動力付与室１３からアルミニウム溶湯１０１を流出通路８を介して流出させ、これに応じて、渦流発生室１１から吸引孔１２を介してアルミニウム溶湯１０１を吸引することにより、渦流発生室１１のアルミニウム溶湯１０１に矢印１１８で示す渦流を発生させている。
【００７４】
加工によって生じた切粉はガスバーナー加熱あるいはアルミ溶湯に投入しても融けにくく、酸化物が多く生成してアルミ得率が低いため、その多くはリサイクルされずに廃棄されていた。本発明によれば、前述したように、加工によって生じた切粉などを渦流発生室１１の渦流１１８に投入して、アルミ溶湯中の酸化物の生成を抑制しながら、効率よく溶解させることができる。
【００７５】
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上述した実施形態や、実施例に限定されることなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々に変更可能である。
【００７６】
例えば、上記では、アルミニウム材料投入室５の下流で、アルミニウム材料投入室５とアルミニウム溶湯加熱室３との間に流動力付与室１３を配置し、アルミニウム溶湯１０１をアルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間で循環流動させていた。これを変更して、アルミニウム溶湯加熱室３の下流で、アルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間に流動力付与室１３を配置し、アルミニウム溶湯１０１をアルミニウム溶湯加熱室３とアルミニウム材料投入室５との間で循環流動させることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１ アルミニウム溶解炉
２ ガスバーナー式浸漬型ヒーター
３ アルミニウム溶湯加熱室
４ 流路
６ 流入流路
５ アルミニウム材料投入室
８ 流出流路
１１ 渦流発生室
１２ 吸引孔
１３ 流動力付与室
１４ 永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーター
１５ アルミニウム材料供給装置
２１ ガス燃焼バーナー
２２ 耐熱性チューブ
１０１ アルミニウム溶湯
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ アルミニウムインゴット
２００ ガスバーナー加熱反射炉型アルミニウム溶解炉
２０１ 溶解室
２０２ 保持室
２０３ 汲み出し室
２０４ ガスバーナー（アルミニウム溶解用）
２０５ ガスバーナー（アルミニウム溶湯加熱用）
２０６ アルミニウム合金インゴット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバーナー式浸漬型ヒーターが配備されているアルミニウム溶湯加熱室と、
アルミニウム材料をアルミニウム溶湯に投入するアルミニウム材料投入室と、
前記アルミニウム溶湯が前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動するように前記アルミニウム溶湯に対して流動力を付与する流動力付与室と
を備えていることを特徴とするアルミニウム溶解炉。
【請求項２】
前記ガスバーナー式浸漬型ヒーターは、前記アルミニウム溶湯加熱室内の前記アルミニウム溶湯に浸漬されている耐熱性チューブと、当該耐熱性チューブ内に燃焼炎を吹き込むガス燃焼バーナーとを備えており、
前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム溶湯に投入される前記アルミニウム材料はアルミニウム材料供給装置に収容されていて、前記耐熱性チューブ内を通過してきた排ガスが当該アルミニウム材料供給装置の内部に供給されて、前記アルミニウム材料が予熱される
ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項３】
前記アルミニウム材料は、耐熱性の固定床と移動床とを備えている縦型ウォーキングビームによって前記アルミニウム材料供給装置を上側から下側に向けて移送され、前記アルミニウム溶湯に投入される
ことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項４】
前記流動力付与室は、
前記アルミニウム溶湯が流入している流入通路に連通していて前記流動力付与室の上側に配置されている渦流発生室と吸引孔を介して連通していると共に、
前記流動力付与室内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯が前記流動力付与室から流出していく流出通路に連通しており、
前記流動力付与室の下側に、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力を与える永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターが配備されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項５】
前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動する前記アルミニウム溶湯が、前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム材料が投入される際に、０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動するように、前記永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターによって、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力が付与される
ことを特徴とする請求項４記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項１】
ガスバーナー式浸漬型ヒーターが配備されているアルミニウム溶湯加熱室と、
アルミニウム材料をアルミニウム溶湯に投入するアルミニウム材料投入室と、
前記アルミニウム溶湯が前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動するように前記アルミニウム溶湯に対して流動力を付与する流動力付与室と
を備えていることを特徴とするアルミニウム溶解炉。
【請求項２】
前記ガスバーナー式浸漬型ヒーターは、前記アルミニウム溶湯加熱室内の前記アルミニウム溶湯に浸漬されている耐熱性チューブと、当該耐熱性チューブ内に燃焼炎を吹き込むガス燃焼バーナーとを備えており、
前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム溶湯に投入される前記アルミニウム材料はアルミニウム材料供給装置に収容されていて、前記耐熱性チューブ内を通過してきた排ガスが当該アルミニウム材料供給装置の内部に供給されて、前記アルミニウム材料が予熱される
ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項３】
前記アルミニウム材料は、耐熱性の固定床と移動床とを備えている縦型ウォーキングビームによって前記アルミニウム材料供給装置を上側から下側に向けて移送され、前記アルミニウム溶湯に投入される
ことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項４】
前記流動力付与室は、
前記アルミニウム溶湯が流入している流入通路に連通していて前記流動力付与室の上側に配置されている渦流発生室と吸引孔を介して連通していると共に、
前記流動力付与室内において流動力が付与されたアルミニウム溶湯が前記流動力付与室から流出していく流出通路に連通しており、
前記流動力付与室の下側に、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力を与える永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターが配備されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のアルミニウム溶解炉。
【請求項５】
前記アルミニウム溶湯加熱室と前記アルミニウム材料投入室との間を循環流動する前記アルミニウム溶湯が、前記アルミニウム材料投入室において前記アルミニウム材料が投入される際に、０．５ｍ／秒乃至３ｍ／秒の流速で流動するように、前記永久磁石式溶湯攪拌ジェネレーターによって、前記流動力付与室内の前記アルミニウム溶湯に流動力が付与される
ことを特徴とする請求項４記載のアルミニウム溶解炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３７２７２（Ｐ２０１２−１３７２７２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１７１８（Ｐ２０１０−２９１７１８）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者 関東経済産業局 産業部 製造産業課 刊行物名 戦略的基盤技術高度化支援事業 研究開発成果事例集 平成２１年度補正予算採択事業 発行年月日 ２０１０年７月
【出願人】（５９１１４０８２４）有明セラコ株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者 関東経済産業局 産業部 製造産業課 刊行物名 戦略的基盤技術高度化支援事業 研究開発成果事例集 平成２１年度補正予算採択事業 発行年月日 ２０１０年７月
【出願人】（５９１１４０８２４）有明セラコ株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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