溶融金属ポンプ
【課題】炉内で金属固体を溶融するための機器、金属固体を溶融するための方法を提供する。
【解決手段】溶融金属ポンプは、インペラと、インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、インペラに接続されたシャフトと、シャフトに接続されたモータと、モータを支持するためのモータ取付プレートと、モータ取付プレートをポンプベースハウジングに接続するためのポストとを含む。溶融金属ポンプは、ポストをモータ取付プレートに接続するコネクタを含むことができる。溶融金属ポンプは、シャフトをモータに接続するためのソケットを含むことができる。シャフトは、第１の端部と第２の端部とを有する細長い金属ロッドと、細長い金属ロッドの第２の端部に取り付けられた金属製の非円形駆動部材とを備える組立体を含むことができる。インペラは、第１の回転方向で各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されている。
【解決手段】溶融金属ポンプは、インペラと、インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、インペラに接続されたシャフトと、シャフトに接続されたモータと、モータを支持するためのモータ取付プレートと、モータ取付プレートをポンプベースハウジングに接続するためのポストとを含む。溶融金属ポンプは、ポストをモータ取付プレートに接続するコネクタを含むことができる。溶融金属ポンプは、シャフトをモータに接続するためのソケットを含むことができる。シャフトは、第１の端部と第２の端部とを有する細長い金属ロッドと、細長い金属ロッドの第２の端部に取り付けられた金属製の非円形駆動部材とを備える組立体を含むことができる。インペラは、第１の回転方向で各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（引用による組み込み）
溶融金属ポンプは、米国特許第６，４５１，２４７号、第６，３５４，７９６号、及び第６，２５４，３４０号に記載されており、これらの各々は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。ガス排出システムが、米国特許出願第６０／５８６，１３４号、第６０／６０７，６４４号、及び第６０／６７５，８２８号に記載されており、これらは引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
溶融材料を処理する過程において、多くの場合、その溶融材料を或る容器から別の容器へ移すか、或いは容器内で溶融材料を循環させる必要がある。溶融材料を処理するためのポンプは、この目的のために一般的に利用されている。ポンプはまた、浄化ガスをポンプ輸送される溶融材料内に注入するなどの他の目的に使用することもできる。
本発明は、炉内で金属固体を溶融するための機器に関し、更に炉内で金属固体を溶融するための方法に関する。より詳細には、本発明は、炉内での固体金属の溶融を容易にする溶融金属ポンプに関する。
【０００３】
非鉄金属工業においては、スクラップ再生利用が経済的寿命になってきた。実際、環境問題及び保護がスクラップ再生利用の取り組みを進め始める以前から、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、及び錫の再生利用は市場において確固たる特定分野を占めていた。
【０００４】
燃焼制御によって溶融金属の酸化が抑制されるエンクロージャ内部で溶融金属の本体が加熱される炉に保持部分を設けることは公知である。金属固体は、炉の保持部分に付設されたウェル内に導入され、該ウェル内で金属の温度を維持すると共に新たな金属を保持部分へ供給するために、溶融金属が保持部分とウェルとの間に移送される。溶融金属ポンプは通常、金属を循環させるのに使用される。
【０００５】
特にアルミニウム再生利用工業においては、極めて容易に酸化する傾向があるアルミニウムの能力が潜在的にあることで、精製処理が非常に複雑である。従って、他の非鉄金属にとっては一般的である酸化反応のみによる精製は実施可能ではない。同様に、アルミニウムは、他の様々な金属との間で極めて強い合金特性を有し、従って、多くの場合、幅広い金属不純物を処理中に除去する必要がある。これらの方向に沿って、マグネシウムの除去が当業界内で特に焦点となっている。溶融アルミニウムからマグネシウムを除去する能力は、マグネシウムと塩素との好都合な化学反応によって可能にされる。塩素に対する溶融アルミニウムの反応は、最終的には塩化マグネシウムを形成し、これは炉内で溶融アルミニウムの表面上のドロスとして集まり、すくい取ることができる。溶融アルミニウムは、処理する必要があるが、アルミニウム鋳床工場における最終的な目標は、生産速度を押し上げながら製品品質を維持及び／又は継続的に向上させることである。
【０００６】
上記で概説したように、アルミニウム合金の二次生産は、マグネシウム含有量を低下させるために反応性ガスを使用し、及び／又は介在物及び水素を除去するために不活性ガスを使用することが必要となる場合が多い。更に、処理されている材料に対して望ましい最終マグネシウム規格を達成するためには、溶融精製プロセス中にマグネシウム除去を行う必要がある。今日の多くの工程においては、ガス注入ポンプがこの作業には最も効果的であると考えられている。このタイプのガス注入ポンプは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第４，０５２，１９９号及び第４，１６９，５８４号に示されている。
【０００７】
一般に、当業者は、単位時間当たりに溶融アルミニウム内に導入できる塩素の量を評価することによって反応性の効果を判断する。この関連において、マグネシウムにより反応的に掃気されない塩化アルミニウムガスは、表面に達して空気と接触した時に、白い蒸気として視認できる塩化水素に分解するので、単位時間当たりに溶融アルミニウム中に溶解する塩素の最大量を容易に特定することができる。極度に悪い反応条件下では、塩素自体は、アルミニウムによって掃気することができず、処理槽から直接放出することもできる。このような結果は、塩素及び塩化水素ガスの環境被害及び有害な性質の可能性を考えると非常に望ましくない。
【０００８】
従って、商用ガス注入ポンプは、このような排出を防止するレベルで作動される。反応する塩素の量及びこれに対応してマグネシウムレベルが低下する速度を高めるための主要なメカニズムは、ポンプをより高速度で作動させることであった。勿論、これはポンプの動的構成要素に極めて負担をかけることが分かる。
【０００９】
溶融金属ポンプの排出構成要素を変更するために、これまで様々な試みがなされてきた。例えば、米国特許第５，９９３，７２８号では、出口通路内に置かれた先細ノズルの利用を開示している。この設計により一定の利点が得られるが、本発明は、溶融金属の通路の制約が全く又はほとんどない別の手法を対象とする。
【００１０】
或いは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第５，６６２，７２５号には、ガス放出装置が示されている。このガス放出装置は、好ましくは矩形のグラファイトブロックである。このブロックは、好ましくは平坦又は段付きの上面を有し、そこに入口ボアが形成されている。入口ボアは、好ましくはネジ切りされ、ガス注入管の外ネジを螺合するような寸法にされた内径を有する。入口ボアはブロック内に延びる。ブロックの一側面を貫通して通路が形成される。通路は、入口ボアと連通し、好ましくは円筒状である。好ましくはグラファイトで形成されたプラグが設けられ、通路内にその側部で受けられて気密シールを形成する。
【００１１】
２つの出口ボアが形成され、ブロックを貫通して延びて通路と連通する。出口ボアは、好ましくは円筒状であって、０°−６０°、最も好ましくは４５°の下流向き角度で形成される。下流という用語は、出口から出てガス放出装置を通過した溶融金属流の部分を意味し、０°の下流向き角度とは、ボアが下流向き角度を有さないことを意味する。換言すると、０°の下流向き角度とは、ボアが溶融金属流の流れに対し垂直に形成されて、ガスを真っ直ぐ上方に向って溶融金属流内に放出することを意味する。従って、９０°の下流向き角度とは、溶融金属流が流れる方向に対し平行な方向に形成されたボアを表す。
【００１２】
出口の中心の下方に置かれるガス放出装置に対して使用される場合には、既知のガス放出ブロックの最も好ましい位置は出口底部に隣接している。従って、ガス放出装置は、出口を閉塞せず、溶融金属の流れを制限しないように位置付けられる。しかしながら、このようなガス放出装置の欠点は、ポンプベースの出口よりも直径が大きいことであり、溶融金属が装置内に有効に入ることが内部の金属塊によって妨げられる。このことは、装置内に流れる金属のパウンディングを招き、過度な振動応力を引き起こす。
【００１３】
溶融材料が反射炉内で溶融される場合には、炉は、典型的には外部ウェルを備え、そこにポンプが配置される。溶融材料を容器から取り出したい場合には、移送ポンプが使用される。溶融材料を容器内で循環させたい場合には、循環ポンプが使用される。容器内に配置された溶融材料を改質したい場合には、ガス注入ポンプが使用される。
【００１４】
これらのポンプの各々においては、回転インペラが、溶融材料内に浸漬されたベース部材のキャビティ又はハウジング内に配置される。インペラが回転すると、溶融材料は、出口すなわち排出開口を介してポンプ輸送され、使用されるポンプのタイプに応じた方法で処理される。インペラ自体は、回転シャフトによってベース部材で回転するよう支持される。シャフトは、その上端部に設けられたモータによって回転される。幾つかの支持ポストがモータ支持プラットフォームからベース部材まで延びて、溶融材料内でベース部材を支持し懸架する。更に、ベース部材から上方に上昇管が延び、溶融材料がこれを通じて出るための通路又はチャネルを形成することができる。
【００１５】
前述のタイプのポンプは、何年間かは有効に作動するが、それでも尚種々の欠点がある。例えば、グラファイト又はセラミック（すなわち耐火性材料）は通常、低コスト、腐食に対して比較的不活性であること、及びその耐熱衝撃性の理由から、溶融材料処理用に使用されるポンプの構成要素の多くを構成するのに使用される材料である。グラファイトは、溶融材料ポンプの或る構成要素に使用される場合には有利であるが、複雑な形状及び機械的応力を受ける構成要素に使用されるには、最も有利な材料というわけではない。
【００１６】
溶融金属ポンプの排出構成要素を変更するために、これまで様々な試みがなされてきた。例えば、米国特許第５，９９３，７２８号では、出口通路内に位置付けられた先細ノズルの利用を開示している。この設計により一定の利点が得られるが、本発明は、溶融金属の制約を何らもたらさない別の手法を対象とする。
【００１７】
金属材料は、グラファイトよりも１ポンド当たりの強度がかなり大きいので、例えば支持ポスト、上昇管、及び回転シャフトといったタイプの構成要素は、鉄ベースの合金又は鋼材のような金属材料を含める方がむしろ好ましい。これらの材料を使用するに当たっての問題点は、ベース部材及びインペラは、通常グラファイト（その磨耗特性により）で構成されており、従って金属及びグラファイト構成要素間の接続を維持することが難しい点にある。こうした難点は、これらの材料に生じる熱膨張の差によって起こる。従って、ボルト及び従来のファスナは一般に使用可能な接続機構ではない。
【００１８】
支持ポスト及びモータ支持プラットフォーム間の公知の接続部材によっては、モータ支持プラットフォームの水平化を容易に調節することは可能ではない。水平でないモータ支持プラットフォームは、溶融金属ポンプ構成要素の多くに応力を生じさせる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第６，４５１，２４７号公報
【特許文献２】米国特許第６，３５４，７９６号公報
【特許文献３】米国特許第６，２５４，３４０号公報
【特許文献４】米国特許出願第６０／５８６，１３４号公報
【特許文献５】米国特許出願第６０／６０７，６４４号公報
【特許文献６】米国特許出願第６０／６７５，８２８号公報
【特許文献７】米国特許第４，０５２，１９９号公報
【特許文献８】米国特許第４，１６９，５８４号公報
【特許文献９】米国特許第５，９９３，７２８号公報
【特許文献１０】米国特許第５，６６２，７２５号公報
【発明の概要】
【００２０】
溶融金属ポンプは、インペラと、インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、インペラに接続されたシャフトと、シャフトに接続されたモータと、モータを支持するためのモータ取付プレートと、モータ取付プレートをポンプベースハウジングに接続するためのポストとを含む。溶融金属ポンプは、ポストをモータ取付プレートに接続するコネクタを含むことができる。溶融金属ポンプは、シャフトをモータに接続するためのソケットを含むことができる。シャフトは、第１の端部と第２の端部とを有する細長い金属ロッドと、細長い金属ロッドの第２の端部に取り付けられた金属製の非円形駆動部材とを備える組立体を含むことができる。インペラは、インペラの内部通路と連通した複数の入口開口を有するキャップ部材を含むことができ、各入口開口は、内方壁と外方壁とを有し、外方壁は内方壁よりも長く、各入口開口はまた前方壁及び後方壁を含み、前方壁及び後方壁は各々、内方壁と外方壁を相互接続し、第１の回転方向で各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されている。
【００２１】
溶融金属ポンプは、ガス注入ポンプとして使用することができる。溶融金属ポンプと共に使用するガス注入管プラグは、ガスが流れることができるチャネルを有する本体と、本体内に位置付けられたセラミック先端部材とを含む。本体の一部分は、チャネルにガスを供給するためにガス注入源と連通するように適合されている。セラミック先端部材は、チャネルと連通した通路を含む。
【００２２】
別の実施形態によれば、溶融金属ポンプは、出口通路内部に配置されたフィンを含むことができる。フィンは、第１の先細上流側部分と第２の先細下流側部分とを含み、これらの位置は、出口通路の壁がフィンの第１の端部の先細部とほぼ同じ増大度で発散している全体的に厚い領域によって接続され、ガス注入口は、フィンを貫通して延び、フィンの側壁から出る。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、入口と、出口と、溶融金属を前記入口に引き込み前記出口から溶融金属を送り出すための手段とを有する溶融金属ポンプが提供される。出口は、上流側位置の第1の断面積と、終端位置のより大きな第２の断面積とを有するチャネルを含む。より具体的には、チャネルは、長さＬ、高さＨ、及び幅Ｗを有し、Ｗは上流側位置Ｗｕから終端位置Ｗｔまで０よりも大きな角度αに従って全体的に増大する。或いは、又はこれに加えて、ポンプは、上流側位置Ｈｕから終端位置Ｈｔまで角度βに従って全体的に増大する高さＨを含む。好ましくは、αは、約５°と１１°の間にあり、βは、約１．０°と１０°の間にある。α及びβは、１つの壁の増大する寸法又は相対する壁の増大する寸法の組合せから成ることができる。
【００２４】
本発明の別の態様は、ポンプ内の金属流量と拡散出口の寸法との間の所望の関係に関する理解である。Ｑは、金属流量（ｉｎ3／ｓｅｃ）に等しく、Ｑ／２４０＜Ｗｔ×Ｈｔ＜Ｑ／４０であり、０．０２６＜1/2（Ｗｔ−Ｗｕ）＜０．１９５であり、式０．０１７＜（Ｈｔ−Ｈｕ）Ｌ＜０．１７７である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】溶融金属ポンプの側断面図である。
【図２】支持ポストとモータ取付け部との間の接続を示す、図１の溶融金属ポンプの上方部分の側断面図である。
【図３】図１の溶融金属ポンプの支持ポストのための結合ユニット及び着座部の斜視図である。
【図４】支持ポスト及び結合ユニットの別の実施形態を示す、溶融金属ポンプの部分断面図である。
【図５】図１の溶融金属ポンプのためのインペラシャフトとモータとの間の接続を示す、図１から取った断面図である。
【図６】図１の溶融金属ポンプ用のシャフトコネクタの平面図である。
【図７】図６に示すシャフトコネクタの側断面図である。
【図８】図１の溶融金属ポンプのインペラ及びシャフト組立体の側断面図である。
【図９】図１の溶融金属ポンプのシャフト組立体の底面図である。
【図１０】図１の溶融金属ポンプのシャフト組立体のブーツの上面図である。
【図１１】図１に示すポンプのような溶融金属ポンプのインペラと共に使用するためのキャップ部材の上面斜視図である。
【図１２】図１１のキャップ部材の底面斜視図である。
【図１３】ガス注入型溶融金属ポンプと共に使用するためのガス管プラグの斜視図である。
【図１４】ポンプ出口内のガス注入管の側断面図である。
【図１５】本発明によるポンプベースの概略図である。
【図１６】代表的な出口の高さ寸法を表す概略図である。
【図１７】出口拡散要素がベースに固定された別個の構成要素を形成している代表的なポンプベースの概略図である。
【図１８】図１７のポンプベースの断面図を示す。
【図１９】入口端から見た出口拡散要素の斜視図である。
【図２０】出口端から見た出口拡散要素の斜視図である。
【図２１】出口拡散要素の斜視断面図である。
【図２２】入口拡散要素の深部斜視断面図である。
【図２３】代替のガス管プラグの斜視図である。
【図２４】モータ取付け部調節機構の斜視図である。
【図２５】図２４の調節機構を含むモータ取付け部の分解斜視図である。
【図２６】先行技術による溶融金属ガス注入ポンプの側面図である。
【図２７】インペラベースの斜視図である。
【図２８】図２７のインペラベースの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１を参照すると、溶融金属ポンプ１０は、インペラ１６に接続されたインペラシャフト組立体１４を駆動するモータ１２を含む。ポンプ１０は、ポンプベースハウジング１８のポンピングチャンバ２０内に置かれたインペラ１６を回転させることにより溶融金属を動かし、該溶融金属は、ベースハウジング内の出口通路２２を通り、内部通路２６を有する上昇管２４に向けて移動し、該内部通路を介して溶融金属が移動する。ベースハウジング１８は、溶融金属槽２８内部に位置付けられる。ポスト組立体３２は、ベースハウジング１８をモータ取付プレート３４から離間して配置し、該プレート上にモータ１２が取り付けられる。
【００２７】
図１においては、図示の支持ポスト組立体３２は、円筒形の細長いロッド４２を受ける長手方向貫通ボア３８を有する中空円筒状の外側保護シース３６を含む。外側保護シース３６は通常、グラファイト、セラミック、及び同様のものを含む、耐火性材料などの耐熱非反応性材料で作られる。細長いロッド４２は通常、鋼材のような高張力を有する材料で作られるが、他の好適な材料を使用してもよい。
【００２８】
ポンプベースハウジング１８は、ポスト組立体３２の細長いロッド４２を受けるような寸法にされた垂直ボア４４を含む。細長いロッド４２は、垂直ボア４４を貫通してキャビティ４６内に延びる。ロッド４２は、ネジ付き端部４８を含み、該ネジ付き端部４８は、ナット５２又は他の保持部材と協働して細長いロッド４２のネジ付き端部４８をベースハウジング１８の内側に保持する。ナット５２は、キャビティ４６の上方壁を構成するポンプベースハウジング１８の傾斜壁と協働する傾斜面を有することができる。ベースハウジング１８は、垂直ボア４４と整列して外側シース３６を受けるような寸法にされた円形凹部５４も含む。外側シース３６及び保持部材５２は、溶融金属槽２８からの溶融金属が細長い金属ロッド４２と接触するのを防ぐ。
【００２９】
ポスト組立体３２とモータ取付プレート３４との間の接続は、結合ユニット６０によって可能になる。図２を参照すると、結合ユニット６０は、少なくとも実質的に環状の壁６２と、結合ユニット６０及び細長いロッド４２の中心軸線６６に対して垂直な平面内の環状壁から延びる内部壁６４とを含む。環状壁６２は、該環状壁への内部壁６４の取付けを可能にする開口６８を含む。環状壁６２及び内部壁６４はまた、１つの一体化部品として形成し、例えば１部品として鋳造することもでき、これは開口６８の必要性をなくすことができる。内部壁６４はまた、中心軸線６６と整列した中央開口７０を含む。内部壁６４と環状壁６２とは、モータ取付プレート３４及び／又はファスナ７６によりモータ取付プレート３４に取り付けられる取付構造体又は着座部７４と協働するように構成された上方キャビティ７２（図３）を構成する。
【００３０】
図３でより明確に分かるように、着座部７４は、これをモータ取付プレート３４に取り付けるためのファスナ７６（図２）を受けるような寸法にされたファスナ開口７８を含む。着座部７４は、例えば溶接など他の従来の方法でモータ取付プレート３４に取り付けることができる。
【００３１】
着座部７４はまた、細長いロッド４２を受けるような寸法にされた中央開口８２を含む。中央開口８２は、細長いロッド４２の対応する多角形端部８４（図２）を収容するような多角形構造を有することができ、これは図３に示す実施形態においては六角形である。中央開口８２と細長いロッド４２の端部８４とは、他の非円形構造であってもよい。中央開口８２は、中心軸線６６と整列されている。再度図２を参照すると、多角形開口８２は、ネジ付きファスナ８６が端部８４のネジ付き開口８８内にネジ込まれ、ポスト組立体３２をモータ取付プレート３４に接続するときに、細長いロッド４２の多角形端部８４の回転を制限する。別の実施形態においては、内部壁６４の中央開口７０は非円形の構造を有することができ、着座部７４の開口８２は円形とすることができる。着座部７４はまた、上方キャビティ７２内に形成された内ネジ９２と協働する外ネジ付きの側壁９０を含む。着座部７４と結合ユニット６０との間のネジ接続は、ポスト組立体３２全体の垂直方向の調節を可能にする。着座部７４はまた、モータ取付プレート３４内の対応する形状にされた開口９６（図２）に受けられる上部中央ボス９４を含み、着座部７４及び中央ボス９４の両方は、中心軸線６６と整列される。シャフト組立体３２をモータ取付プレート３４に取り付けるために、結合ユニット６０は、取付け着座部７４上にネジ止めされる。別の実施形態においては、着座部は、側壁６２を受けるように構成することができる。例えば、着座部に内ネジを付け、側壁に外ネジを付けることができる。
【００３２】
上述の上方キャビティ７２に加えて、結合ユニット６０は、ポスト組立体３２の外側シース３６を受けるように構成された下方キャビティ９８（図２）を内部壁６４の下方に形成する。外側シース３６は、下方キャビティ９８の内部で受けられる先細端部を含む。外側シース３６及び細長いロッド４２は、結合ユニット６０の下方キャビティ９８内に挿入され、細長いロッド４２の多角形端部８４は、内部壁６６内の中央開口７０を貫通して着座部７４の中央開口８２内に延びる。ファスナ８６は、細長いロッド４２の多角形端部８４のネジ付き中央開口８８内に挿入される。ファスナ８６は、付勢部材１０４、例えば相対する両端部に配置されたワッシャを有する皿バネを貫通して延び、細長いロッド４２のネジ付き開口８８内にネジ止めされる。付勢部材１０４は、ロッド４２に張力をかけて配置し、外側シース３６を圧縮する。
【００３３】
結合ユニット６０は、公知の装置と比べて、シャフト組立体３２とモータ取付プレート３４との間の接続をより容易に可能にする。シャフト組立体３２とモータ取付プレート３４との結合は、公知の結合組立体よりも部品が少ない。溶融金属ポンプ内に複数のポストが設けられる場合には、結合ユニット６０は、該結合ユニットを調節可能に接続することができる着座部７４を設けることによって、自己水平化構造を与える。また、外側シース３６の寸法は、結合ユニット６０と着座部７４との間で調節可能な（例えばネジ付きの）接続であることにより、公知の装置ほど重要でない。
【００３４】
図４を参照すると、グラファイト支持ポストとモータ取付プレート３４との間の別の結合構造が開示されている。この実施形態においては、結合ユニット１１２は、図２に開示された結合ユニット６０と同様に構成される。結合ユニット１１２は、環状壁１１４と内部壁１１６とを含み、内部壁は、該環状壁に取り付けられて支持ポスト１１０及び結合ユニット１１２の中心軸線１１８に対して少なくともほぼ垂直な平面内にある。内部壁１１６は、図２に示すファスナ８６と同様のファスナ（図示せず）を受けるような寸法にされた中央開口１２２を含む。環状壁１１４及び内部壁１１６は、モータ取付平面３４及び／又は着座部１２６と協働するように構成された上方キャビティ１２４を構成する。着座部１２６は、図２に示す着座部７４と同様の方法でモータ取付プレート３４に取り付けることができる。着座部は、ファスナ（図示せず）を受ける寸法にされた中央開口１２８を含む。着座部１２６はまた、モータ取付プレート３４内の開口１３４内に受けられるパイロットボス１３２を含む。環状壁１１４は、図２で説明されたのと同様の方法で着座部１２６上にネジ止めされる。
【００３５】
グラファイトポスト１１０は、中心軸線１１８に対して垂直方向にポストを貫通して延びる水平ボア１４０を含む。ボア１４０は、バレルナット１４２を受けるように構成される。結合ユニット１１２の環状壁１１４は、バレルナット１４２を受けるように同様に構成された整列した開口１４４を含む。バレルナット１４２は、該バレルナット１４２がボア１４０内部に正しく位置付けられた時に、中心軸線１１８と整列する垂直なネジ付きタップ孔１４６を含む。ポスト１１０はまた、中心軸線１１８と整列して、ポスト１１０の上端部から横断ボア１４０内に延びる垂直ボア１４８を含む。
【００３６】
図２に開示されるファスナ８６と同様のファスナ（図示せず）が、着座部１２６の中央開口１２８、内部壁１１６の中央開口１２２、ポスト１１０の垂直ボア１４８、及びバレルナット１４２のネジ付きタップ孔１４６内に挿入される。ファスナ８６は、図２に示すのと同様の付勢部材と協働することができる。ファスナが締め付けられ、バレルナット１４０を上方に引き寄せ、これによりポスト１１０に圧縮力が加わり、ファスナを引張状態にすることができる。図４で記載される結合組立体からの構成要素は、図２及び図３に記載される結合組立体と共に使用することもできる。
【００３７】
図５を参照すると、モータ１２とインペラシャフト組立体１４との間の接続が開示される。駆動シャフト１６０が、モータ１２から延びて、インペラシャフト組立体１４を受けるソケット１６２と接続する。インペラシャフト組立体１４は、グラファイト、セラミック、又は同様のものなどの耐火性材料で作られたほぼ円筒状の中空外側スリーブ１６４を含む。外側スリーブ１６４は、シャフト組立体１４の中心軸線１６８と整列した垂直中央貫通ボア１６６を含む。中央ボア１６６は、当技術分野において公知の耐熱鋼のような耐熱性金属で作られた細長いロッド１７２を受ける。
【００３８】
外側スリーブ１６４は、該外側スリーブの上端部付近に置かれた半径方向肩部１７４を含む。ソケット１６２は、下方キャビティ１７６、中央キャビティ１７８、及び上方キャビティ１８２を構成する段付きキャビティを含む。下方キャビティ１７６は、外側スリーブ１６４の肩部１７４を受ける適切な寸法にされる。ソケット１６２は、シャフト組立体１４がソケットのキャビティ内に挿入された時に外側スリーブ１６４の肩部１７４の直ぐ下に配置されるピン１８６を受ける開口１８４を含む。ピン１８６は、ソケット１６２の内部のシャフト組立体１４を垂直に保持する。中央キャビティ１７８は、肩部１７４の上に配置された外側スリーブ１６４の上方部分を受ける寸法にされる。ソケット１６２の上方キャビティ１８２は、以下により詳細に説明するシャフトコネクタ１８８を嵌合する適切な寸法にされる。
【００３９】
図６及び図７を参照すると、シャフトコネクタ１８８は耐熱鋼で作られる。円形ではないソケット１６２（図５）の上方キャビティ１８２の周囲は、シャフトコネクタ１８８の周囲と一致する形状にされる。従って、シャフトコネクタ１８８が細長いロッド１７２（図５）に接続され、ソケット１６２の相補的形状にされた上方キャビティ１８２内に受けられると、ソケット１６２の回転によって細長いロッド１７２の回転が生じる。
【００４０】
図６及び図７に示す実施形態においては、シャフトコネクタ１８８は、第１の軸すなわち長軸１９２と第２の軸すなわち短軸１９４の両方で対称的である。長軸１９２及び短軸１９４は、互いに対し垂直であり、中心軸線１６８（図５）に対して垂直である。シャフトコネクタ１８８は、相対する円形の長手方向端部１９６と、長手方向端部１９６を相互接続する相対側面１９８とを含む。シャフトコネクタ１８８は、キー付き円錐状開口２０２を含み、円錐状開口２０２は、該円錐状開口２０２からシャフトコネクタ１８８内に延びるキー溝２０４を含む。
【００４１】
図８を参照すると、細長いロッド１７２は、シャフトコネクタ１８８の中央開口２０２内部に受けられる円錐状先細部分２０６を含む。先細部分２０６は、シャフトコネクタ１８８の中央開口２０２と嵌合する形状にされる。先細部分２０６は、該先細部分２０６の外表面内に垂直に切り欠かれたキー溝２０８を含み、シャフトコネクタ１８８のキー溝２０４と整列する。キー溝２０４及び２０８は、キー２１２を受けて、シャフトコネクタ１８８を細長いロッド１７２にロックする。シャフトコネクタ１８８は、ソケット１６２と細長いロッド１７２との間に金属間接続を形成し、従って、モータシャフト１６０とインペラシャフト組立体１４との間に強い接続を可能にする。ナット２１４及びワッシャ２１６を細長いロッド１７２のネジ付き上端部２１８に取り付け、キー２１２を所定位置で垂直方向に固定することができる。割りピン２２２が、細長いロッド１７２の上端部に隣接した横断方向貫通ボア内に受けられる。
【００４２】
図８を参照すると、インペラシャフト組立体１４の下端部は、インペラ１６に取り付けられる。インペラ１６は、キー２４４を用いて下部構造体２４２に取り付けられた上部構造体２４０を含む。上部構造体２４０及び下部構造体２４２は、ベーン２４６を形成し、これに通って溶融金属がポンプ輸送される。下部構造体２４２はまた入口２４８を含み、ここで溶融金属がインペラに入る。図示のインペラ１６は、底部入口インペラであるが、上部入口のような他の構成であってもよい。
【００４３】
インペラ１６の上部構造体２４０は、シャフト組立体１４の下端部を受けるキャビティ２５４を形成する上方に延びる中空ボス２５２を含む。長円のプレート２５６は、細長いロッド１７２の下端部に取り付ける。シャフト組立体１４の底面図である図９でより明確に分かるように、プレート２５６は、相対する丸みのある長手方向縁部２５８と平坦な横方向縁部２６２とを含む。インペラ１６のキャビティ２５４は、下方プレート２５６の周囲と一致する適切な形状にされ、その結果、細長いロッド１７２の回転によりインペラ１６が回転する。
【００４４】
再度図８を参照すると、垂直貫通ボア２７２を有する中空ブーツ２７０が、外側シールド１６４の下端部を受ける。外側シールド１６４は、ブーツ２７０内部に受けられる下側部分に移行する先細部分２７４を含む。ブーツ２７０の上面図である図１０においてより明確に分かるように、ブーツは、下方プレート２５６の構造に一致する下側長円部分２７８から上方に延びる環状の上方部分２７６を含む。従って、ブーツ２７０の長円ベース２７８は、丸みのある長手方向端部２８６と平坦な横方向端部２８８とを含む。ブーツ２７０は、グラファイト、セラミック、又は他の同様の材料のような耐火性材料で作られる。再度図８を参照すると、充填材２８２が、ブーツ２７０のベース２７８の下面と下方プレート２５６の上面との間に置かれる。同様に、充填材２８４が、細長いロッド１７２と外側スリーブ１６４との間に置かれる。充填材は、粒状グラファイト及び他の耐熱性材料を含むことができる。
【００４５】
ブーツ２７０の構造は、インペラ１６のキャビティ２５４の協働する表面と係合する大きな座面（すなわち平坦表面２８８）を提供するので、インペラ１６は、シャフト組立体１４と共に回転することができる。水平貫通ボア２９０が、インペラ１６の上方構造体２４０内に設けられ、ブーツ２７０内の水平貫通ボア２９２と整列する。インペラ１６に対してブーツ２７０を更に付着させるために、ボア２９０及び２９２を介してセメントを注入することができる。
【００４６】
再度図１を参照すると、インペラ１６は、ポンプベースハウジング１８内に定められたポンピングチャンバ２０内に収容される。中央ボア２９６を有する環状の軸受リング２９４がブーツ２７０を受ける。軸受リング２９４は、ポンプベースハウジング１８に取り付けられた静止軸受リング２９８に接して支持する。
【００４７】
図１１を参照すると、インペラシャフト組立体１４に取り付けることができる上部入口インペラ用のキャップ部材３００である。キャップ部材３００はまた、インペラの底部に取り付けて、底部入口インペラを形成することができる。インペラが溶融金属を動かすことができるように、ベーン２４６（図８）と同様のベーンを前述のインペラの両方に設けられる。図１１及び図１２に開示されるキャップ部材３００は、公知のインペラと比べて、特定時間内にポンプ輸送できる溶融金属の量を増大させる。部材３００は、キャップ部材として説明されるが、該部材はインペラの上部又は底部に取付けることができることが理解される。
【００４８】
再度図１１を参照すると、キャップ部材３００は、上面３０２及び下面３０４（図２）を含む。複数の入口開口３０６がキャップ部材３００を貫通して形成される。各入口開口３０６は、図８の通路２４６のようなインペラの内部通路と連通することになる。この実施形態においては、キャップ部材３００は、矢印Ａで示す時計方向に回転するようになっている。各入口開口３０６は、半径方向前方壁３０８、半径方向後方壁３１２、円周方向内部壁３１４、及び円周方向外方壁３１６によって定められる。内部壁３１４及び外方壁３１６は、前方壁３０８及び後方壁３１２を相互に接続する。円周方向内部壁３１４及び円周方向外方壁３１６は、面３００の中央回転軸とほぼ同心とすることができる。隣接する壁間の交差部は、丸みのあるコーナとなる。
【００４９】
半径方向前方壁３０８及び半径方向後方壁３１２は、面３００の回転軸に対して傾斜され、溶融金属が平坦な前方壁及び後方壁に沿って下流側に進んでインペラ内に入るようになる。換言すれば、インペラが時計方向に回転すると、各前方壁３０８及び各後方壁３１２の最上縁部は、各前方壁３０８及び各後方壁３１２の最下縁部の前方にある。傾斜角は、壁の各々について約＿＿度〜約＿＿度である。壁は、互いに平行とすることができるが、他の実施形態では、互いに平行以外に位置してもよい。傾斜された壁は、垂直方向に向いた入口壁と比べて、より多くの溶融金属がインペラ通路に流入するように促す。更に、ほぼ同心の内部壁３１４及び外方壁３１６は、入口開口３０６によって定められる傾斜した棒状スポーク３１８だけがインペラ内への溶融金属の流入を遮るので、円形入口開口又は矩形入口開口と比べてより大きな入口開口を提供する。内部壁３１４及び外方壁３１６が直線的である実施形態においてでも、より大きな開口を提供するために開口はほぼ台形形状を有する。従って、より多くの溶融金属を受けるためにより大きな入口開口表面積が提供される。
【００５０】
キャップ部材３００は、図１のインペラシャフト組立体１４のようなインペラシャフトを収容する中央開口３２２を含む。中央開口は、円形で図示されているが、インペラシャフト組立体１４の非円形部分を収容する形状にすることもできる。図１１及び１２に示す実施形態においては、キャップ部材３００はまた、該キャップ部材の下面３０４から下方に垂下した周囲壁３２４を含む。周囲壁３２４は、図１に示す下部構造体２４２のようなインペラの下方部分に取り付けることができる。
【００５１】
図１に示す溶融金属ポンプは、溶融金属が上昇管２４内の通路２６を通って別の場所へ移送されるので移送ポンプと呼ばれる。溶融金属ポンプは、他の環境においてはガス注入ポンプとして使用することができ、この場合、出口２２及びベース１８は、図１４に示す排出装置３３０と連通するように実質的に水平に配置されることになる。
【００５２】
キャップ部材３００はまた、図２７及び図２８に示すベース部材９００に取り付けることができる。ベース部材９００は、隆起した中央ボス９０４に形成された中央開口９０２を含む。中央開口９０２は、インペラシャフト組立体１４（図１）を収容するために、キャップ部材３００の中央開口３２２と整列する。複数の半径方向壁又はインペラブレード９０６が、中央ボス９０４から半径方向に延びる。各半径方向壁９０６は、該半径方向壁の上部外方端部に形成されたノッチ９０８を含む。ノッチ９０８は、キャップ部材３００（図１２）の周囲壁３２４を収容する。
【００５３】
各半径方向壁９０６は、第１の表面９１２と第２の表面９１４とを含む。ベース部材９００が時計方向に回転する場合、第１の表面９１２は、前方面と呼ぶことができ、第２の表面９１４は後方面と呼ぶことができる。ベース部材９００が反時計方向に回転する場合、第１の表面９１２は後方面と呼ぶことができ、第２の表面９１４は前方面と呼ぶことができる。第１及び第２の表面は、図示した実施形態においてはほぼ水平な出口通路９１６を構成する。
【００５４】
図示の実施形態においては、各半径方向壁９０６は、出口通路９１６に向かって延びる面取りされた周囲端部９１８を含む。従って、第１の表面９１２は、対象の第１表面及び第２の表面によって定められる出口通路９１６を形成する隣接半径方向壁９０６の第２の表面９１４に向いて周囲縁部で傾斜されている。面取りされた周囲端部９１８は、ある種の出口誘導部材として働き、インペラを通過する溶融金属の速度を更に高めることができる。
【００５５】
キャップ部材３００は、該キャップ部材のスポーク３１８がベース部材の半径方向壁９０６と整列するようにベース部材９００に取り付けられる。キャップ部材３００は、ベース部材９００にセメントで固定することができる。インペラ全体は、公知のインペラよりも低い約７インチの高さを有することができる。必要に応じて、軸受リング（図２７及び２８には図示せず）をベース部材９００の下方部分に取り付けることができる。
【００５６】
ガス注入ポンプの場合には、溶融金属は、ポンピングチャンバ２０（図１）と連通した排出装置３３０内に形成された出口通路３３２を通ってポンプ輸送される。塩素のようなガスが、ガス注入管３３６内に形成された通路３３４を介して排出通路３３２内に導入される。管プラグ３３８が、開口３４２内部で排出装置３３０に装着される。管プラグは、ガス排出管３３６の下端部を受けて、ガス排出管３３６内の通路３３４と排出出口通路３３２との間の連通を可能にする輪郭開口３４４を含む。
【００５７】
溶融アルミニウムをポンプ輸送する公知の装置においては、塩素が排出流内、例えば排出通路３３２を通過する溶融金属流内に導入される場所の近くに塩化マグネシウムが蓄積する傾向にある。塩化マグネシウムの蓄積は、管プラグからの排出管の取り外しを極めて困難にすることがある。排出通路３３２を通過する溶融金属の十分な流れによって、排出流内に塩素が導入される場所に真空が生成されることになる。従って、塩化マグネシウムの蓄積を大幅に低減するか、或いは排除することができる。ポンプのインペラ上でキャップ部材３００（図１１及び１２）を使用することにより、同じＲＰＭで動作する公知のインペラと比べ、排出通路３３２を通る流量を大幅に増大させることができる。
【００５８】
十分な流量が得られている場合には、チューブ３３６をプラグ３３８に固定するのにセメントを必要とすることなく、プラグ３３８に形成された開口３４４内部にガス注入管３３４を受け入れることができる。ガス注入管３３６は、プラグ３３８内の円錐状に形成された開口３４４に対して相補的な形状を持つ先細端部３５８を有する。プラグ３３８は傾斜した開口３６６を含む。セラミック管が開口３６６内に受け入れられ、該開口から延びる。
【００５９】
管プラグ３３８は、円筒形部分３６２から延びるほぼ楕円形の中間部分３７２を含む。中間部分３７２は、先細縁部３７６を有する遠位フィン３７４へ移行する。楕円形部分３７２及びフィン３７４は、ガス排出装置３３０の排出通路３３２内に延びることができる。溶融金属の流れは、フィン３７４の垂直端部から先細縁部３７６（図１４に示す）に向う方向とすることができ、又は逆もまた同様である。セラミック先端部３６８は、排出開口３３２を通って流れる溶融金属流に延びることができる。セラミック先端部３６８が溶融金属流内に延びる深さは、溶融金属流の上部から底部付近までの幅がある。１つの代替設計においては、フィン要素３７４全体又は管プラグ３３８全体もセラミックからなることは実施可能である。
【００６０】
ガス注入システムの構成要素を作るのにグラファイトだけを使用する公知のシステムと比べ、セラミック先端部３６８を溶融金属流内に延伸させることによりシステムの寿命が延びる。セラミック先端部３６８は、溶融金属流内に注入されるガスが流れの下側部分に注入されるように溶融金属流内に延びることができる。
【００６１】
公知のガス注入システムと対比して、ガス注入管３３６は、これをプラグ３３８にセメントで固定することなく管プラグ３３８の開口３４４内に着座させることができ、この場合、排出出口３３２を通る溶融金属の流れは、十分な真空が生じるようなものである。フィン３７４及び中間楕円領域３７２の形状は、溶融金属の流れがあまり妨げられないような形状である。排出通路の形状もまた、例えば排出通路を管プラグ３３８に隣接する区域に拡大することにより、管プラグ３６４の流れ阻止作用を最小限にするように作ることができる。
【００６２】
次に図２６を参照すると、典型的なガス注入ポンプ４００が図示されている。詳細には、ポンプ４００は、必要に応じて炉（図示せず）内でポンプを持ち上げて位置決めするのに使用されるハンガー組立体４０２を含む。モータ４０３はモータ取付具４０４によって支持され、該モータ取付具自体は、支持プレート４０６によって支持される。モータ４０３は、インペラ４１２上に固定された回転シャフト４１０に結合組立体４０８を介して接続される。
【００６３】
ベース組立体４１４は、反射炉の床上に置かれ、複数のポスト４１６によって支持プレート４０６及びモータ取付具４０４用の土台を形成する。インペラ４１２は、ポンピングチャンバ４１８内で回転可能であり、その回転によって、溶融金属４１９が入口４２０を介してポンピングチャンバ４１８内へ引き込まれ、出口通路４２２を介して排出される。
【００６４】
反応性ガスが、支持プレート４０６に取り付けられたクランプ機構４２６によって支持されるガス注入管４２４に供給される。ガス注入管４２４の浸漬された端部は、管プラグ４２８を介して出口通路４２２に接続される。出口通路４２２の排出開口４３０に隣接して収束ノズル５２５がある。詳細には、出口が「狭まり」、制約４３２注入点の区域（収束ゾーン）を形成する。残念ながら、この設計は、出口における金属の速度が増大して流れを制限し、結果として充填ウェル内の比較的停留した溶融金属に対する衝撃が増大する。
【００６５】
この設計とは対照的に、本発明は、末広ファンタイプの出口を含む。他の点では、ポンプは同様とすることができる。従って、米国特許第５，９９３，７２８号は引用により本明細書に組み込まれる。
【００６６】
次に図１５を参照すると、遠心溶融金属ポンプのベース５６０が図示される。ベース５６０内には、インペラ５６４を収容した渦巻ポンピングチャンバ５６２が設けられる。インペラ５６４が回転すると、溶融金属は、ポンプベース５６０入口（図示せず）を通ってインペラ入口５６６に入り、多数の通路５６８を介して渦巻チャンバ５６２へ出る。従って、溶融金属は、渦巻チャンバ５６２から出口通路５７０へ強制的に送られる。出口通路５７０は、ガス注入入口５７２とファン拡散セクション５７４とを含む。ガス注入入口５７２は、渦巻の水切りに対してほぼ垂直に位置付けられたライン５７６の下流側で、ファン拡散セクション５７４の上流側に位置付けられるのが好ましい。ポンプインペラ５６４は、出口通路５７０の近傍の壁５７８から延びる仮想ラインに対してほぼ接線方向にある半径方向壁を有する。
【００６７】
ファン拡散セクション５７４は、上流側幅（Ｗｕ）及び終端側幅（Ｗｔ）によって特徴付けることができる。幅方向において側壁が発散する性質の結果、ＷｔはＷｕよりも大きい。この例においては、幅の増大は、各壁の角度αの寸法の増大によって示されている。しかしながら、この増大は、必ずしも各壁に存在する必要はなく、単一の壁において表すこともできる。この構成は、詳細には、ファン拡散セクション５７４の高度な態様を示した図１６に示されている。より詳細には、ファン拡散セクション５７４は、角度βに従ってその高さが増大し、上流側高さ寸法Ｈｕよりも大きい終端側高さ寸法Ｈｔを提供する。
【００６８】
次に図１７を参照すると、本発明の設計が代替形態で示されており、ここではファン拡散セクション５８０は、ベース５８２とは別個の構成要素を含む。ファン拡散セクション５８０は、ダウエル／セメントの組合せ５８４、ネジ接続、セメントのみ、又は他のあらゆる好適な技法を含む、当業者が利用可能なあらゆる手段を用いてベース５８２に取り付けることができる。
【００６９】
次に図１８を参照すると、代替的なガス注入システムの利用が示されており、ここでガス注入入口５９０は、出口通路５９２の各々の壁に分散されている。ガス注入入口５９０は、別個のガス管を介して、或いは分割機構と組み合わせた単一のガス管を介して送給することができる。いずれの場合においても、この設計は、ガス分散を助けるものと考えられる。
【００７０】
本発明は、出口流の圧力脈動を低減し、結果としてポンプベースの破損が同様に低減されるようになることが分かった。更に、充填ウェル内への溶融金属の侵入が増大することが確保される点が明らかになった。当業者には理解されるように、循環用に溶融金属ポンプを利用する主な意義は、溶融金属の形態で所望のＢＴＵ単位を炉から充填ウェルへ提供することである。充填ウェル内への溶融金属侵入が少なすぎる場合には、スクラップ充填物の溶融に供給されるエネルギーが不十分である。充填ウェル内への溶融金属の速度が高すぎる場合には、充填ウェル溶融金属表面の望ましくない乱れにより望ましくない酸化が生じる結果となる。より詳細には、ポンプ輸送金属が、２αに等しい角度で外向きに拡散し、充填ウェル掃引面積を増大させることになる。要するに、導入される金属によって湿潤される充填ウェルの面積がより大きくなる。
【００７１】
加えて、溶融金属出口圧力を増大させることにより、充填ウェルの静止金属プール内へのより深くより滑らかな侵入が得られる。従来、出口から静止充填ウェルプールへの金属流を高速で導入すると、大きな衝撃振動が生じ、多くの場合、溶融金属ポンプ構成要素、特にベースの亀裂の原因となる。ファン拡散出口を利用して流速を低下させ且つ流れ圧力を増大させることによって、衝撃振動は低減される。有利なことに、これによりポンプがより高速の回転速度及び／又は接線方向速度で作動することも可能になる。
【００７２】
図示のポンプは、ガス注入タイプであるが、あらゆるタイプの循環ポンプ又は電磁ポンプ、及び実際には溶融金属を移送するあらゆるタイプのポンプは、本発明のファン拡散出口設計を含むことによって利益を得ることができる点に留意されたい。
【００７３】
再び図１５を参照すると、ガス注入入口は、ライン５７６の僅かに下流側で且つファン拡散出口部５７４の僅かに上流側のベース内に位置付けられている。ガス注入入口の上流側位置は、ガスが渦巻ポンピングチャンバ５６２内へ循環するのを防止したいという要望により制限される。ファン拡散要素の上流側のガス注入は、比較的低圧力位置でのガス導入を可能にするためである。勿論、ガス注入オリフィスは、複数であってよく、これらが同心である限り、或いは多重注入が使用される場合に出口アクセスに対し対称である限り、出口の頂部、側部、又は底部を含むあらゆる場所に置くことができる。有利には、下流側のファン拡散出口部を高圧にしてこの場所にガスを導入することにより、気泡が溶融金属内に取り込まれた状態を維持することが更に困難となるより大きなポケットへ合体する傾向が低減される。
【００７４】
一般に、本発明は、より長いガス滞留、より緩慢な気泡合体形成、周囲速度及び金属流量に比例した金属内への高いガス分散性、静止金属内へのより深いガス侵入、ポンプ入口から外部へのガス逆流が無いこと、先行技術設計と同一のガス流量でのより高い金属流量、ポンプ流速が低下しないこと、大きな速度変化から生じる出口流れ圧力の変動が無いこと、並びに、高共振応力及び液圧波に起因する振動及び材料疲労の制限を提供する。
【００７５】
次に図１９から図２２を参照すると、本発明のガス注入アダプタが図示される。重要なことには、本明細書ではアダプタ６００は溶融金属ベースとは別個の構成要素として図示されているが、アダプタはまた、ベースを形成する材料の一体的構成要素として構成することもできる点に留意されたい。
【００７６】
アダプタ６００は、入口端部６０２と出口端部６０４とを有するグラファイト、セラミック、又は他の耐溶融金属性の本体６０１からなる。本体６０１は、分岐フィン６０８が位置付けられた通路６０６を構成する。フィン６０８は、アダプタ６００の長手方向軸線Ｌに沿って整列して図示されているが、フィンは、別の場所に置かれてもよく、所望であれば湾曲させることもできる。分岐フィン６０８は、アダプタ１００の長手方向軸線Ｌに対して約５°から１５°の間の角度増大を好ましくは有する先細前縁６１０と、アダプタの長手方向軸線に対して約２°から８°の間の角度減少を好ましくは有する先細後縁６１２とを含む。先細前縁６１０及び先細後縁６１２は、互いに平行な２つのほぼ平坦な側壁６１６を有する中央セクション６１４によってつながる。フィン６０８の前縁６１０の方が短く、従って、より長い後縁６１２と比べてより大きな増大角を有する。
【００７７】
通路６０６の内部壁は、これらの寸法がフィン６０８の前縁、後縁、並びに中央領域の寸法を実質的に反映するように形成される。更に、通路６０６の壁は、フィン６０８によって取り除かれる通路の面積と一致する面積だけ取り除かれることになる。このような構成は、アダプタ全体の一定又は増大する流れ面積（長手方向軸線Ｌに垂直な断面で測った面積）を提供することによって、アダプタを流れる溶融金属の流れに対する衝撃を軽減する。従って、領域６２０における内部壁６１８は、前縁６１０の外側寸法とほぼ一致する約５°から１５°の間の角度の割合で増大する。中央領域６２２に隣接した内部壁６２１は、比較的平坦とすることができる。後方領域６２６に隣接した内部壁６２４は、平坦のままでもよく、或いは実際には上述の拡散ファンの利点をこの装置に備えるために連続して発散してもよい。このようにして、影響のあるレベルにまでは乱流が溶融金属流内に導入されない。
【００７８】
出口アダプタ６００は、ガス注入管（図示せず）の着座を容易にするために面取りされた縁部６２９を有する凹形のガス注入管受け入れ領域６２８を含む。着座部６２８は、２つの出口６３２を含んでフィン６０８内に延びた少なくとも１つのガス注入口６３０を含み、ガスがフィン６０８を通過して流れる溶融金属にアクセスすることができる。勿論、多くの出口位置が実施可能である。例えば、出口は、図示したよりも前方又は後方、及び上方又は下方に移動させることができる。同様に、この部品が溶融金属流内へ向けられる角度は調節可能である。従って、このフィン設計は、最大吸引ポイントでガスを注入することを可能にする。吸引が大きいほど、注入可能なガスが多くなり、処理される金属が多くなる。アダプタ６００は、出口６３２の機械加工を容易にするために設けられる側壁孔６３４を含む。
【００７９】
分岐ポンプ出口は、有利には、注入ガスを最大滞留、最大流速、及び最大流れ侵入を得るための負荷中心であることを可能にする。１つの重要な利点は、渦巻区域狭窄が全く生じないことである。これに加えて、気泡合体を最低限にするために、漸次的な渦巻排出区域の拡大がある。同様に、最大ガス保持が速度乱流無く起こるように、二重金属流の合体が生じる。
【００８０】
更に、下流側ポイントにおいて側壁テーパ設計を選択することによって、既存の速度により４〜２０フィート／秒の金属間侵入速度が可能になる。
【００８１】
次に図２３を参照すると、代替のガス注入管７００が図示される。この実施形態においては、単一又は二重ガス入口（例えば、図１３、１４、及び図１９−２２）ではなく、複数の出口７０３がある。好ましくは、各個々の出口は、ガス排出面積全体の５％よりも大きくない開口寸法を有する。
【００８２】
次に図２４及び２５を参照すると、代替の水平化機構が図示される。より詳細には、モータ取付け組立体８００は、他の要素の中でも特にポンプポストを固定することができる１次支持プレート８０３を含むように図示されている。４つのネジ付きスタッドボルト８０５がプレート８０３に固定される。スタッド要素８０５上に取付けリング８０７が位置付けられ、これにモータ（図示せず）が固定される。プレート８０３及び取付けリング８０７の中間にあり、スタッドボルト８０５上に位置付けられるのが調節要素８０９である。調節要素８０９は、管要素８１１、ネジ付き調節キャップ８１３、及びロックリング８１５から構成される。調節キャップ８１３は、ロックリング８１５と嵌合するのに好適なネジ付き外表面８１７を含む。ロックキャップ８１３の内部ボアは、スタッドボルト８０５と嵌合するようにネジ切りされている。本明細書で示された設計は、モータリング８０７の調節、従って上に取り付けられるモータの調節を容易にする。有利には、要素８０９の僅かな調節が、上述のシャフト及びインペラ要素の適正な配向を容易にする。
【００８３】
以上において、溶融金属ポンプ及び該溶融金属ポンプを構成する構成要素を当業者が本装置を作製及び使用できるように十分詳細に説明してきた。「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」等のような方向を表す用語は、図示の実施形態を説明するのに使用されており、特定の構成要素の位置を限定するものではない。前述の説明を読むと、当業者であれば上述の実施形態の幾つかの代替形態を想起することができる。本発明は、添付の請求項及び均等物の範囲内にある全てのこうした変更及び変形を含むものとする。
【００８４】
また、好ましい実施態様として、本発明を次のように構成することもできる。
１． 溶融金属ポンプのポスト組立体を前記溶融金属ポンプのモータ取付具に接続するためのコネクタであって、
側壁と、
前記側壁から延び、軸方向に整列した開口を含む内部壁と、
を含み、
前記側壁と前記内部壁とが、関連した溶融金属ポンプの支持ポスト組立体を受けるように適合された下側受入れ部と、前記関連した溶融金属ポンプのモータ取付具又は該取付具に接続された構造体と協働するように適合された上方受入れ部とを構成することを特徴とするコネクタ。
２． 前記内部壁内の開口が、前記ポスト組立体の構成要素である細長いロッドを受けるように適合されていることを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
３． 前記関連した溶融金属ポンプのモータ取付具に接続され、且つ前記上方受入れ部の内部に受けられるように適合された取付構造体を更に含むことを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
４． 前記取付構造体が外ネジを含み、前記側壁が前記上方受入れ部に内ネジを含むことを特徴とする上記３に記載のコネクタ。
５． 前記取付構造体が、前記内部壁内の開口と整列した開口を含み、前記開口の内の少なくとも１つが非円形の周囲を有することを特徴とする上記３に記載のコネクタ。
６． 前記側壁が、前記内部壁に隣接した開口を含むことを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
７． 前記側壁が、前記内部壁から離間して配置された、前記下方受入れ部に通じる少なくとも１つの開口を含むことを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
８． 前記少なくとも１つの開口内に受けられる寸法にされたバレルナットを更に含み、該バレルナットが、前記内部壁の開口と整列するように適合されたネジ付き開口を含むことを特徴とする上記７に記載のコネクタ。
９． 上記１のコネクタと、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトに接続されたモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付プレートと、
前記モータ取付プレートを前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含み、
前記コネクタが、前記ポストを前記モータ取付プレートに接続することを特徴とする溶融金属ポンプ。
１０． 溶融金属ポンプポストと溶融金属ポンプ用のモータ取付具との間に調節可能な接続を可能にする装置であって、
関連する溶融金属ポンプ用のポストを受ける寸法にされた受入れ部を構成する側壁と、
前記関連する溶融金属ポンプのモータ取付具又は該モータ取付具に接続された構造体に調節可能に取り付けられて、前記関連する溶融金属ポンプ用のポストの長手方向軸線によって定められる軸線内で前記装置の調節を可能にするように適合された上方部分と、
を含むことを特徴とする装置。
１１． 前記装置の上方部分にネジが設けられていることを特徴とする上記1０に記載の装置。
１２． 前記装置の上方部分に内ネジが設けられていることを特徴とする上記1１に記載の装置。
１３． 前記側壁から前記受入れ部内に延びる内部壁を更に含み、前記内部壁が中央開口を含むことを特徴とする上記１０に記載の装置。
１４． インペラシャフトをモータに接続するための装置であって、
コネクタが、関連する溶融金属ポンプのモータの駆動シャフトに接続されるように適合されたソケットを備え、
前記ソケットが、上方キャビティと下方キャビティとを構成する段付きキャビティを含み、前記上方キャビティが、前記ソケットの中心軸線に垂直な断面において非円形構造の形状を有しており、前記下方キャビティが、前記関連する溶融金属ポンプのインペラシャフト組立体を受けるように適合されていることを特徴とする装置。
１５． シャフトコネクタを更に備え、該シャフトコネクタが、前記インペラシャフト組立体の細長いロッドを受けるための中央開口と、前記シャフトコネクタが前記上方キャビティによって嵌合されて前記ソケットの回転が前記シャフトコネクタの回転を生じるような形状にされた周辺部とを有することを特徴とする上記1４に記載の装置。
１６． 前記シャフトコネクタが鋼材で作られていることを特徴とする上記１５に記載の装置。
１７． 前記シャフトコネクタを前記細長いロッドに接続するためのキーを更に備えることを特徴とする上記１５に記載の装置。
１８． 前記ソケットが、前記シャフト組立体を垂直に保持するために割りピンを受けるように構成された横断方向開口を含むことを特徴とする上記１４に記載の装置。
１９． 前記ソケットが、前記上方キャビティと前記下方キャビティとの間に中間キャビティを含み、前記中間キャビティが、前記下方キャビティの直径よりも小さい直径を有することを特徴とする上記１８に記載の装置。
２０． 上記１４の装置と、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記装置によって前記シャフトに接続されたモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする上記１４に記載の溶融金属ポンプ。
２１． 溶融金属ポンプのためのインペラシャフト組立体であって、
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部がモータに接続するように構成された細長い金属ロッドと、
前記細長い金属ロッドの第２の端部に取付られた、又は該第２の端部に隣接して取付られた非円形の金属製駆動部材と、
を含み、
前記駆動部材が、インペラと協働するように構成されていることを特徴とするインペラシャフト組立体。
２２． 前記細長い金属ロッドが、前記第１の端部に隣接して形成されたキー溝を含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２３． 耐火性材料で作られた外側スリーブを更に含み、
前記外側スリーブが、前記細長い金属ロッドを受ける細長い開口を含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２４． 耐火性材料で作られ、前記外側スリーブの下方部分を受けるためのボアを有するブーツを更に含み、
前記ブーツが、前記非円形駆動部材と一致する周辺部を有する下方部分を含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２５． 前記非円形駆動部材が、平坦な横方向縁部を有するプレートを含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２６． 溶融金属ポンプ用のインペラであって、
回転軸線を有するほぼ円筒状本体と、
前記本体に取り付けられ、且つ前記本体の内部通路と連通した複数の入口開口を有するキャップ部材と、
を含み、
各入口開口が内方壁と外方壁とを有し、前記外方壁が前記内方壁よりも長く、各入口開口がまた前方壁と後方壁とを含み、該前方壁及び後方壁が各々、前記内方壁及び外方壁を相互接続し、各々が、第１の回転方向において各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されていることを特徴とするインペラ。
２７． 前記入口開口が、円形又は多角形の内の一方であることを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
２８． 前記入口開口が、複数の半径方向棒状スポーク、湾曲したスポーク、又は半径方向にオフセットしたスポークの内の１つを構成することを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
２９． 前記キャップ部材がほぼ円筒状であり、各入口開口の外方壁が、前記キャップ部材の周辺部にほぼ従うことを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３０． 各入口開口の内方壁が外方壁にほぼ平行であることを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３１． 前記前方壁及び後方壁が平坦又は凹状であることを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３２． 前記キャップ部材が、インペラシャフトを収容するための中央開口を含むことを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３３． 上記２６のインペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具をポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
３４． 溶融金属ポンプ用のガス注入管プラグであって、
ガスを流すことができるチャネルを有する本体であって、該本体の一部が、前記チャネルにガスを供給するガス注入源と連通するように適合された本体と、
前記本体内に配置され、前記チャネルと連通した通路を含むセラミック先端部材と、
を含むガス注入管プラグ
３５． 前記本体が、溶融金属の流れの中に配置されるように適合されたフィン状部分を含み、前記セラミック先端部材が前記フィン状部分から延びることを特徴とする上記３４に記載のプラグ。
３６． 上記３４のガス注入管プラグと、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記ポンプベースハウジングと連通し、前記ガス注入管プラグが内部に配置されるガス注入入口を構成する出口通路と、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とするガス注入型溶融金属ポンプ。
３７． 前記ガス注入管プラグの本体が、前記出口通路内に配置されたフィン状部分を含み、前記セラミック先端部材が前記フィン状部分から延びることを特徴とする上記３６に記載のポンプ。
３８． 前記出口通路の形状は、前記フィン状部分を受ける区域において拡大するような形状であることを特徴とする上記３７に記載のポンプ。
３９． ポンピングチャンバを構成する本体と、
前記ポンピングチャンバ内に配置されたインペラと、
前記ポンピングチャンバから延びる出口通路であって、前記出口通路内部にフィンが配置されており、該フィンが、前記出口通路の壁が前記フィンの第１の端部にある先細部とほぼ同じ増大度で発散している全体的に厚い領域よって接続された第１の先細上流側端部と第２の先細下流側端部とを有する出口通路と、
前記フィンを貫通して延び、該フィンの少なくとも1つの側壁から出る少なくとも1つのガス注入口と、
からなる溶融金属ポンプ。
４０． 前記フィンが、複数のガス注入口を含むことを特徴とする上記３９に記載のポンプ。
４１． 通路を形成する本体を備えた溶融金属ポンプ用の出口アダプタであって、前記出口通路内にフィンが配置され、前記フィンが、全体的に厚い領域によって接続された第１の先細上流端部と第２の先細下流端部とを有し、前記出口通路の壁が前記フィンの第１の端部にある先細部とほぼ同じ増大の度合いで広がっており、ガス注入口が前記フィンを貫通して延び、該フィンの少なくとも１つの側壁から出ることを特徴とする出口アダプタ。
４２． 入口と、出口と、溶融金属を前記入口に引き込み且つ前記出口から前記溶融金属を送り出すための手段とから構成された溶融金属ポンプであって、前記出口が、上流側位置にある第1の断面積と、終端位置にあるより大きな第２の断面積とを有するチャネルを含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
４３． 前記チャネルが、長さＬ、高さＨ、及び幅Ｗを有し、Ｗが上流側位置Ｗｕから終端位置Ｗｔまで０よりも大きな角度αに従って全体的に増大することを特徴とする上記４２に記載のポンプ。
４４． 前記チャネルが高さＨを有し、Ｈが上流側位置Ｈｕから終端位置Ｈｔまで角度βに従って全体的に増大することを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
４５． ５°＜α＜１１°であることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
４６． １．０°＜β＜１０°であることを特徴とする上記４４に記載のポンプ。
４７． αが対向する壁の和から構成されることを特徴とする上記４６に記載のポンプ。
４８． βが１つの壁から構成されることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
４９． Ｑが金属流量（ｉｎ3／ｓｅｃ）に等しく、Ｑ／２４０＜Ｗｔ×Ｈｔ＜Ｑ／４０であることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
５０． ０．０２６＜１／２（Ｗｔ−Ｗｕ）＜０．１９５であることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
５１． 式０．０１７＜１／２（Ｈｔ−Ｈｕ）Ｌ＜０．１７７であることを特徴とする上記４４に記載のポンプ。
５２． 前記ポンプがガス注入要素を含むことを特徴とする上記４２に記載のポンプ。
５３． 前記ガス注入要素が、前記渦巻の水切りに隣接し且つ前記Ｈ又はＷが増大し始める位置の上流側で前記ベースに入ることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
５４． 複数のガス注入ポイントを含むことを特徴とする上記５２に記載のポンプ。
５５． 前記インペラの半径方向壁が、前記出口の近位壁に平行に延びた仮想線に対しほぼ接線方向にあることを特徴とする上記５２に記載のポンプ。
５６． ポンピングチャンバと、モータ取付具と、前記ポンピングチャンバを前記モータ取付具に接合する少なくとも１本のポストとから構成された溶融金属ポンプであって、
前記モータ取付具が、前記ポストに固定された第１の本体と、モータに固定された第２の本体と、前記第１の本体と前記第２の本体との間に配置された少なくとも1つの調節可能な要素とを含み、
前記調節可能な要素が、前記両本体間の分離距離を調節して固定するための機構を提供することを特徴とするポンプ。
【技術分野】
【０００１】
（引用による組み込み）
溶融金属ポンプは、米国特許第６，４５１，２４７号、第６，３５４，７９６号、及び第６，２５４，３４０号に記載されており、これらの各々は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。ガス排出システムが、米国特許出願第６０／５８６，１３４号、第６０／６０７，６４４号、及び第６０／６７５，８２８号に記載されており、これらは引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
溶融材料を処理する過程において、多くの場合、その溶融材料を或る容器から別の容器へ移すか、或いは容器内で溶融材料を循環させる必要がある。溶融材料を処理するためのポンプは、この目的のために一般的に利用されている。ポンプはまた、浄化ガスをポンプ輸送される溶融材料内に注入するなどの他の目的に使用することもできる。
本発明は、炉内で金属固体を溶融するための機器に関し、更に炉内で金属固体を溶融するための方法に関する。より詳細には、本発明は、炉内での固体金属の溶融を容易にする溶融金属ポンプに関する。
【０００３】
非鉄金属工業においては、スクラップ再生利用が経済的寿命になってきた。実際、環境問題及び保護がスクラップ再生利用の取り組みを進め始める以前から、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、及び錫の再生利用は市場において確固たる特定分野を占めていた。
【０００４】
燃焼制御によって溶融金属の酸化が抑制されるエンクロージャ内部で溶融金属の本体が加熱される炉に保持部分を設けることは公知である。金属固体は、炉の保持部分に付設されたウェル内に導入され、該ウェル内で金属の温度を維持すると共に新たな金属を保持部分へ供給するために、溶融金属が保持部分とウェルとの間に移送される。溶融金属ポンプは通常、金属を循環させるのに使用される。
【０００５】
特にアルミニウム再生利用工業においては、極めて容易に酸化する傾向があるアルミニウムの能力が潜在的にあることで、精製処理が非常に複雑である。従って、他の非鉄金属にとっては一般的である酸化反応のみによる精製は実施可能ではない。同様に、アルミニウムは、他の様々な金属との間で極めて強い合金特性を有し、従って、多くの場合、幅広い金属不純物を処理中に除去する必要がある。これらの方向に沿って、マグネシウムの除去が当業界内で特に焦点となっている。溶融アルミニウムからマグネシウムを除去する能力は、マグネシウムと塩素との好都合な化学反応によって可能にされる。塩素に対する溶融アルミニウムの反応は、最終的には塩化マグネシウムを形成し、これは炉内で溶融アルミニウムの表面上のドロスとして集まり、すくい取ることができる。溶融アルミニウムは、処理する必要があるが、アルミニウム鋳床工場における最終的な目標は、生産速度を押し上げながら製品品質を維持及び／又は継続的に向上させることである。
【０００６】
上記で概説したように、アルミニウム合金の二次生産は、マグネシウム含有量を低下させるために反応性ガスを使用し、及び／又は介在物及び水素を除去するために不活性ガスを使用することが必要となる場合が多い。更に、処理されている材料に対して望ましい最終マグネシウム規格を達成するためには、溶融精製プロセス中にマグネシウム除去を行う必要がある。今日の多くの工程においては、ガス注入ポンプがこの作業には最も効果的であると考えられている。このタイプのガス注入ポンプは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第４，０５２，１９９号及び第４，１６９，５８４号に示されている。
【０００７】
一般に、当業者は、単位時間当たりに溶融アルミニウム内に導入できる塩素の量を評価することによって反応性の効果を判断する。この関連において、マグネシウムにより反応的に掃気されない塩化アルミニウムガスは、表面に達して空気と接触した時に、白い蒸気として視認できる塩化水素に分解するので、単位時間当たりに溶融アルミニウム中に溶解する塩素の最大量を容易に特定することができる。極度に悪い反応条件下では、塩素自体は、アルミニウムによって掃気することができず、処理槽から直接放出することもできる。このような結果は、塩素及び塩化水素ガスの環境被害及び有害な性質の可能性を考えると非常に望ましくない。
【０００８】
従って、商用ガス注入ポンプは、このような排出を防止するレベルで作動される。反応する塩素の量及びこれに対応してマグネシウムレベルが低下する速度を高めるための主要なメカニズムは、ポンプをより高速度で作動させることであった。勿論、これはポンプの動的構成要素に極めて負担をかけることが分かる。
【０００９】
溶融金属ポンプの排出構成要素を変更するために、これまで様々な試みがなされてきた。例えば、米国特許第５，９９３，７２８号では、出口通路内に置かれた先細ノズルの利用を開示している。この設計により一定の利点が得られるが、本発明は、溶融金属の通路の制約が全く又はほとんどない別の手法を対象とする。
【００１０】
或いは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第５，６６２，７２５号には、ガス放出装置が示されている。このガス放出装置は、好ましくは矩形のグラファイトブロックである。このブロックは、好ましくは平坦又は段付きの上面を有し、そこに入口ボアが形成されている。入口ボアは、好ましくはネジ切りされ、ガス注入管の外ネジを螺合するような寸法にされた内径を有する。入口ボアはブロック内に延びる。ブロックの一側面を貫通して通路が形成される。通路は、入口ボアと連通し、好ましくは円筒状である。好ましくはグラファイトで形成されたプラグが設けられ、通路内にその側部で受けられて気密シールを形成する。
【００１１】
２つの出口ボアが形成され、ブロックを貫通して延びて通路と連通する。出口ボアは、好ましくは円筒状であって、０°−６０°、最も好ましくは４５°の下流向き角度で形成される。下流という用語は、出口から出てガス放出装置を通過した溶融金属流の部分を意味し、０°の下流向き角度とは、ボアが下流向き角度を有さないことを意味する。換言すると、０°の下流向き角度とは、ボアが溶融金属流の流れに対し垂直に形成されて、ガスを真っ直ぐ上方に向って溶融金属流内に放出することを意味する。従って、９０°の下流向き角度とは、溶融金属流が流れる方向に対し平行な方向に形成されたボアを表す。
【００１２】
出口の中心の下方に置かれるガス放出装置に対して使用される場合には、既知のガス放出ブロックの最も好ましい位置は出口底部に隣接している。従って、ガス放出装置は、出口を閉塞せず、溶融金属の流れを制限しないように位置付けられる。しかしながら、このようなガス放出装置の欠点は、ポンプベースの出口よりも直径が大きいことであり、溶融金属が装置内に有効に入ることが内部の金属塊によって妨げられる。このことは、装置内に流れる金属のパウンディングを招き、過度な振動応力を引き起こす。
【００１３】
溶融材料が反射炉内で溶融される場合には、炉は、典型的には外部ウェルを備え、そこにポンプが配置される。溶融材料を容器から取り出したい場合には、移送ポンプが使用される。溶融材料を容器内で循環させたい場合には、循環ポンプが使用される。容器内に配置された溶融材料を改質したい場合には、ガス注入ポンプが使用される。
【００１４】
これらのポンプの各々においては、回転インペラが、溶融材料内に浸漬されたベース部材のキャビティ又はハウジング内に配置される。インペラが回転すると、溶融材料は、出口すなわち排出開口を介してポンプ輸送され、使用されるポンプのタイプに応じた方法で処理される。インペラ自体は、回転シャフトによってベース部材で回転するよう支持される。シャフトは、その上端部に設けられたモータによって回転される。幾つかの支持ポストがモータ支持プラットフォームからベース部材まで延びて、溶融材料内でベース部材を支持し懸架する。更に、ベース部材から上方に上昇管が延び、溶融材料がこれを通じて出るための通路又はチャネルを形成することができる。
【００１５】
前述のタイプのポンプは、何年間かは有効に作動するが、それでも尚種々の欠点がある。例えば、グラファイト又はセラミック（すなわち耐火性材料）は通常、低コスト、腐食に対して比較的不活性であること、及びその耐熱衝撃性の理由から、溶融材料処理用に使用されるポンプの構成要素の多くを構成するのに使用される材料である。グラファイトは、溶融材料ポンプの或る構成要素に使用される場合には有利であるが、複雑な形状及び機械的応力を受ける構成要素に使用されるには、最も有利な材料というわけではない。
【００１６】
溶融金属ポンプの排出構成要素を変更するために、これまで様々な試みがなされてきた。例えば、米国特許第５，９９３，７２８号では、出口通路内に位置付けられた先細ノズルの利用を開示している。この設計により一定の利点が得られるが、本発明は、溶融金属の制約を何らもたらさない別の手法を対象とする。
【００１７】
金属材料は、グラファイトよりも１ポンド当たりの強度がかなり大きいので、例えば支持ポスト、上昇管、及び回転シャフトといったタイプの構成要素は、鉄ベースの合金又は鋼材のような金属材料を含める方がむしろ好ましい。これらの材料を使用するに当たっての問題点は、ベース部材及びインペラは、通常グラファイト（その磨耗特性により）で構成されており、従って金属及びグラファイト構成要素間の接続を維持することが難しい点にある。こうした難点は、これらの材料に生じる熱膨張の差によって起こる。従って、ボルト及び従来のファスナは一般に使用可能な接続機構ではない。
【００１８】
支持ポスト及びモータ支持プラットフォーム間の公知の接続部材によっては、モータ支持プラットフォームの水平化を容易に調節することは可能ではない。水平でないモータ支持プラットフォームは、溶融金属ポンプ構成要素の多くに応力を生じさせる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第６，４５１，２４７号公報
【特許文献２】米国特許第６，３５４，７９６号公報
【特許文献３】米国特許第６，２５４，３４０号公報
【特許文献４】米国特許出願第６０／５８６，１３４号公報
【特許文献５】米国特許出願第６０／６０７，６４４号公報
【特許文献６】米国特許出願第６０／６７５，８２８号公報
【特許文献７】米国特許第４，０５２，１９９号公報
【特許文献８】米国特許第４，１６９，５８４号公報
【特許文献９】米国特許第５，９９３，７２８号公報
【特許文献１０】米国特許第５，６６２，７２５号公報
【発明の概要】
【００２０】
溶融金属ポンプは、インペラと、インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、インペラに接続されたシャフトと、シャフトに接続されたモータと、モータを支持するためのモータ取付プレートと、モータ取付プレートをポンプベースハウジングに接続するためのポストとを含む。溶融金属ポンプは、ポストをモータ取付プレートに接続するコネクタを含むことができる。溶融金属ポンプは、シャフトをモータに接続するためのソケットを含むことができる。シャフトは、第１の端部と第２の端部とを有する細長い金属ロッドと、細長い金属ロッドの第２の端部に取り付けられた金属製の非円形駆動部材とを備える組立体を含むことができる。インペラは、インペラの内部通路と連通した複数の入口開口を有するキャップ部材を含むことができ、各入口開口は、内方壁と外方壁とを有し、外方壁は内方壁よりも長く、各入口開口はまた前方壁及び後方壁を含み、前方壁及び後方壁は各々、内方壁と外方壁を相互接続し、第１の回転方向で各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されている。
【００２１】
溶融金属ポンプは、ガス注入ポンプとして使用することができる。溶融金属ポンプと共に使用するガス注入管プラグは、ガスが流れることができるチャネルを有する本体と、本体内に位置付けられたセラミック先端部材とを含む。本体の一部分は、チャネルにガスを供給するためにガス注入源と連通するように適合されている。セラミック先端部材は、チャネルと連通した通路を含む。
【００２２】
別の実施形態によれば、溶融金属ポンプは、出口通路内部に配置されたフィンを含むことができる。フィンは、第１の先細上流側部分と第２の先細下流側部分とを含み、これらの位置は、出口通路の壁がフィンの第１の端部の先細部とほぼ同じ増大度で発散している全体的に厚い領域によって接続され、ガス注入口は、フィンを貫通して延び、フィンの側壁から出る。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、入口と、出口と、溶融金属を前記入口に引き込み前記出口から溶融金属を送り出すための手段とを有する溶融金属ポンプが提供される。出口は、上流側位置の第1の断面積と、終端位置のより大きな第２の断面積とを有するチャネルを含む。より具体的には、チャネルは、長さＬ、高さＨ、及び幅Ｗを有し、Ｗは上流側位置Ｗｕから終端位置Ｗｔまで０よりも大きな角度αに従って全体的に増大する。或いは、又はこれに加えて、ポンプは、上流側位置Ｈｕから終端位置Ｈｔまで角度βに従って全体的に増大する高さＨを含む。好ましくは、αは、約５°と１１°の間にあり、βは、約１．０°と１０°の間にある。α及びβは、１つの壁の増大する寸法又は相対する壁の増大する寸法の組合せから成ることができる。
【００２４】
本発明の別の態様は、ポンプ内の金属流量と拡散出口の寸法との間の所望の関係に関する理解である。Ｑは、金属流量（ｉｎ3／ｓｅｃ）に等しく、Ｑ／２４０＜Ｗｔ×Ｈｔ＜Ｑ／４０であり、０．０２６＜1/2（Ｗｔ−Ｗｕ）＜０．１９５であり、式０．０１７＜（Ｈｔ−Ｈｕ）Ｌ＜０．１７７である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】溶融金属ポンプの側断面図である。
【図２】支持ポストとモータ取付け部との間の接続を示す、図１の溶融金属ポンプの上方部分の側断面図である。
【図３】図１の溶融金属ポンプの支持ポストのための結合ユニット及び着座部の斜視図である。
【図４】支持ポスト及び結合ユニットの別の実施形態を示す、溶融金属ポンプの部分断面図である。
【図５】図１の溶融金属ポンプのためのインペラシャフトとモータとの間の接続を示す、図１から取った断面図である。
【図６】図１の溶融金属ポンプ用のシャフトコネクタの平面図である。
【図７】図６に示すシャフトコネクタの側断面図である。
【図８】図１の溶融金属ポンプのインペラ及びシャフト組立体の側断面図である。
【図９】図１の溶融金属ポンプのシャフト組立体の底面図である。
【図１０】図１の溶融金属ポンプのシャフト組立体のブーツの上面図である。
【図１１】図１に示すポンプのような溶融金属ポンプのインペラと共に使用するためのキャップ部材の上面斜視図である。
【図１２】図１１のキャップ部材の底面斜視図である。
【図１３】ガス注入型溶融金属ポンプと共に使用するためのガス管プラグの斜視図である。
【図１４】ポンプ出口内のガス注入管の側断面図である。
【図１５】本発明によるポンプベースの概略図である。
【図１６】代表的な出口の高さ寸法を表す概略図である。
【図１７】出口拡散要素がベースに固定された別個の構成要素を形成している代表的なポンプベースの概略図である。
【図１８】図１７のポンプベースの断面図を示す。
【図１９】入口端から見た出口拡散要素の斜視図である。
【図２０】出口端から見た出口拡散要素の斜視図である。
【図２１】出口拡散要素の斜視断面図である。
【図２２】入口拡散要素の深部斜視断面図である。
【図２３】代替のガス管プラグの斜視図である。
【図２４】モータ取付け部調節機構の斜視図である。
【図２５】図２４の調節機構を含むモータ取付け部の分解斜視図である。
【図２６】先行技術による溶融金属ガス注入ポンプの側面図である。
【図２７】インペラベースの斜視図である。
【図２８】図２７のインペラベースの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１を参照すると、溶融金属ポンプ１０は、インペラ１６に接続されたインペラシャフト組立体１４を駆動するモータ１２を含む。ポンプ１０は、ポンプベースハウジング１８のポンピングチャンバ２０内に置かれたインペラ１６を回転させることにより溶融金属を動かし、該溶融金属は、ベースハウジング内の出口通路２２を通り、内部通路２６を有する上昇管２４に向けて移動し、該内部通路を介して溶融金属が移動する。ベースハウジング１８は、溶融金属槽２８内部に位置付けられる。ポスト組立体３２は、ベースハウジング１８をモータ取付プレート３４から離間して配置し、該プレート上にモータ１２が取り付けられる。
【００２７】
図１においては、図示の支持ポスト組立体３２は、円筒形の細長いロッド４２を受ける長手方向貫通ボア３８を有する中空円筒状の外側保護シース３６を含む。外側保護シース３６は通常、グラファイト、セラミック、及び同様のものを含む、耐火性材料などの耐熱非反応性材料で作られる。細長いロッド４２は通常、鋼材のような高張力を有する材料で作られるが、他の好適な材料を使用してもよい。
【００２８】
ポンプベースハウジング１８は、ポスト組立体３２の細長いロッド４２を受けるような寸法にされた垂直ボア４４を含む。細長いロッド４２は、垂直ボア４４を貫通してキャビティ４６内に延びる。ロッド４２は、ネジ付き端部４８を含み、該ネジ付き端部４８は、ナット５２又は他の保持部材と協働して細長いロッド４２のネジ付き端部４８をベースハウジング１８の内側に保持する。ナット５２は、キャビティ４６の上方壁を構成するポンプベースハウジング１８の傾斜壁と協働する傾斜面を有することができる。ベースハウジング１８は、垂直ボア４４と整列して外側シース３６を受けるような寸法にされた円形凹部５４も含む。外側シース３６及び保持部材５２は、溶融金属槽２８からの溶融金属が細長い金属ロッド４２と接触するのを防ぐ。
【００２９】
ポスト組立体３２とモータ取付プレート３４との間の接続は、結合ユニット６０によって可能になる。図２を参照すると、結合ユニット６０は、少なくとも実質的に環状の壁６２と、結合ユニット６０及び細長いロッド４２の中心軸線６６に対して垂直な平面内の環状壁から延びる内部壁６４とを含む。環状壁６２は、該環状壁への内部壁６４の取付けを可能にする開口６８を含む。環状壁６２及び内部壁６４はまた、１つの一体化部品として形成し、例えば１部品として鋳造することもでき、これは開口６８の必要性をなくすことができる。内部壁６４はまた、中心軸線６６と整列した中央開口７０を含む。内部壁６４と環状壁６２とは、モータ取付プレート３４及び／又はファスナ７６によりモータ取付プレート３４に取り付けられる取付構造体又は着座部７４と協働するように構成された上方キャビティ７２（図３）を構成する。
【００３０】
図３でより明確に分かるように、着座部７４は、これをモータ取付プレート３４に取り付けるためのファスナ７６（図２）を受けるような寸法にされたファスナ開口７８を含む。着座部７４は、例えば溶接など他の従来の方法でモータ取付プレート３４に取り付けることができる。
【００３１】
着座部７４はまた、細長いロッド４２を受けるような寸法にされた中央開口８２を含む。中央開口８２は、細長いロッド４２の対応する多角形端部８４（図２）を収容するような多角形構造を有することができ、これは図３に示す実施形態においては六角形である。中央開口８２と細長いロッド４２の端部８４とは、他の非円形構造であってもよい。中央開口８２は、中心軸線６６と整列されている。再度図２を参照すると、多角形開口８２は、ネジ付きファスナ８６が端部８４のネジ付き開口８８内にネジ込まれ、ポスト組立体３２をモータ取付プレート３４に接続するときに、細長いロッド４２の多角形端部８４の回転を制限する。別の実施形態においては、内部壁６４の中央開口７０は非円形の構造を有することができ、着座部７４の開口８２は円形とすることができる。着座部７４はまた、上方キャビティ７２内に形成された内ネジ９２と協働する外ネジ付きの側壁９０を含む。着座部７４と結合ユニット６０との間のネジ接続は、ポスト組立体３２全体の垂直方向の調節を可能にする。着座部７４はまた、モータ取付プレート３４内の対応する形状にされた開口９６（図２）に受けられる上部中央ボス９４を含み、着座部７４及び中央ボス９４の両方は、中心軸線６６と整列される。シャフト組立体３２をモータ取付プレート３４に取り付けるために、結合ユニット６０は、取付け着座部７４上にネジ止めされる。別の実施形態においては、着座部は、側壁６２を受けるように構成することができる。例えば、着座部に内ネジを付け、側壁に外ネジを付けることができる。
【００３２】
上述の上方キャビティ７２に加えて、結合ユニット６０は、ポスト組立体３２の外側シース３６を受けるように構成された下方キャビティ９８（図２）を内部壁６４の下方に形成する。外側シース３６は、下方キャビティ９８の内部で受けられる先細端部を含む。外側シース３６及び細長いロッド４２は、結合ユニット６０の下方キャビティ９８内に挿入され、細長いロッド４２の多角形端部８４は、内部壁６６内の中央開口７０を貫通して着座部７４の中央開口８２内に延びる。ファスナ８６は、細長いロッド４２の多角形端部８４のネジ付き中央開口８８内に挿入される。ファスナ８６は、付勢部材１０４、例えば相対する両端部に配置されたワッシャを有する皿バネを貫通して延び、細長いロッド４２のネジ付き開口８８内にネジ止めされる。付勢部材１０４は、ロッド４２に張力をかけて配置し、外側シース３６を圧縮する。
【００３３】
結合ユニット６０は、公知の装置と比べて、シャフト組立体３２とモータ取付プレート３４との間の接続をより容易に可能にする。シャフト組立体３２とモータ取付プレート３４との結合は、公知の結合組立体よりも部品が少ない。溶融金属ポンプ内に複数のポストが設けられる場合には、結合ユニット６０は、該結合ユニットを調節可能に接続することができる着座部７４を設けることによって、自己水平化構造を与える。また、外側シース３６の寸法は、結合ユニット６０と着座部７４との間で調節可能な（例えばネジ付きの）接続であることにより、公知の装置ほど重要でない。
【００３４】
図４を参照すると、グラファイト支持ポストとモータ取付プレート３４との間の別の結合構造が開示されている。この実施形態においては、結合ユニット１１２は、図２に開示された結合ユニット６０と同様に構成される。結合ユニット１１２は、環状壁１１４と内部壁１１６とを含み、内部壁は、該環状壁に取り付けられて支持ポスト１１０及び結合ユニット１１２の中心軸線１１８に対して少なくともほぼ垂直な平面内にある。内部壁１１６は、図２に示すファスナ８６と同様のファスナ（図示せず）を受けるような寸法にされた中央開口１２２を含む。環状壁１１４及び内部壁１１６は、モータ取付平面３４及び／又は着座部１２６と協働するように構成された上方キャビティ１２４を構成する。着座部１２６は、図２に示す着座部７４と同様の方法でモータ取付プレート３４に取り付けることができる。着座部は、ファスナ（図示せず）を受ける寸法にされた中央開口１２８を含む。着座部１２６はまた、モータ取付プレート３４内の開口１３４内に受けられるパイロットボス１３２を含む。環状壁１１４は、図２で説明されたのと同様の方法で着座部１２６上にネジ止めされる。
【００３５】
グラファイトポスト１１０は、中心軸線１１８に対して垂直方向にポストを貫通して延びる水平ボア１４０を含む。ボア１４０は、バレルナット１４２を受けるように構成される。結合ユニット１１２の環状壁１１４は、バレルナット１４２を受けるように同様に構成された整列した開口１４４を含む。バレルナット１４２は、該バレルナット１４２がボア１４０内部に正しく位置付けられた時に、中心軸線１１８と整列する垂直なネジ付きタップ孔１４６を含む。ポスト１１０はまた、中心軸線１１８と整列して、ポスト１１０の上端部から横断ボア１４０内に延びる垂直ボア１４８を含む。
【００３６】
図２に開示されるファスナ８６と同様のファスナ（図示せず）が、着座部１２６の中央開口１２８、内部壁１１６の中央開口１２２、ポスト１１０の垂直ボア１４８、及びバレルナット１４２のネジ付きタップ孔１４６内に挿入される。ファスナ８６は、図２に示すのと同様の付勢部材と協働することができる。ファスナが締め付けられ、バレルナット１４０を上方に引き寄せ、これによりポスト１１０に圧縮力が加わり、ファスナを引張状態にすることができる。図４で記載される結合組立体からの構成要素は、図２及び図３に記載される結合組立体と共に使用することもできる。
【００３７】
図５を参照すると、モータ１２とインペラシャフト組立体１４との間の接続が開示される。駆動シャフト１６０が、モータ１２から延びて、インペラシャフト組立体１４を受けるソケット１６２と接続する。インペラシャフト組立体１４は、グラファイト、セラミック、又は同様のものなどの耐火性材料で作られたほぼ円筒状の中空外側スリーブ１６４を含む。外側スリーブ１６４は、シャフト組立体１４の中心軸線１６８と整列した垂直中央貫通ボア１６６を含む。中央ボア１６６は、当技術分野において公知の耐熱鋼のような耐熱性金属で作られた細長いロッド１７２を受ける。
【００３８】
外側スリーブ１６４は、該外側スリーブの上端部付近に置かれた半径方向肩部１７４を含む。ソケット１６２は、下方キャビティ１７６、中央キャビティ１７８、及び上方キャビティ１８２を構成する段付きキャビティを含む。下方キャビティ１７６は、外側スリーブ１６４の肩部１７４を受ける適切な寸法にされる。ソケット１６２は、シャフト組立体１４がソケットのキャビティ内に挿入された時に外側スリーブ１６４の肩部１７４の直ぐ下に配置されるピン１８６を受ける開口１８４を含む。ピン１８６は、ソケット１６２の内部のシャフト組立体１４を垂直に保持する。中央キャビティ１７８は、肩部１７４の上に配置された外側スリーブ１６４の上方部分を受ける寸法にされる。ソケット１６２の上方キャビティ１８２は、以下により詳細に説明するシャフトコネクタ１８８を嵌合する適切な寸法にされる。
【００３９】
図６及び図７を参照すると、シャフトコネクタ１８８は耐熱鋼で作られる。円形ではないソケット１６２（図５）の上方キャビティ１８２の周囲は、シャフトコネクタ１８８の周囲と一致する形状にされる。従って、シャフトコネクタ１８８が細長いロッド１７２（図５）に接続され、ソケット１６２の相補的形状にされた上方キャビティ１８２内に受けられると、ソケット１６２の回転によって細長いロッド１７２の回転が生じる。
【００４０】
図６及び図７に示す実施形態においては、シャフトコネクタ１８８は、第１の軸すなわち長軸１９２と第２の軸すなわち短軸１９４の両方で対称的である。長軸１９２及び短軸１９４は、互いに対し垂直であり、中心軸線１６８（図５）に対して垂直である。シャフトコネクタ１８８は、相対する円形の長手方向端部１９６と、長手方向端部１９６を相互接続する相対側面１９８とを含む。シャフトコネクタ１８８は、キー付き円錐状開口２０２を含み、円錐状開口２０２は、該円錐状開口２０２からシャフトコネクタ１８８内に延びるキー溝２０４を含む。
【００４１】
図８を参照すると、細長いロッド１７２は、シャフトコネクタ１８８の中央開口２０２内部に受けられる円錐状先細部分２０６を含む。先細部分２０６は、シャフトコネクタ１８８の中央開口２０２と嵌合する形状にされる。先細部分２０６は、該先細部分２０６の外表面内に垂直に切り欠かれたキー溝２０８を含み、シャフトコネクタ１８８のキー溝２０４と整列する。キー溝２０４及び２０８は、キー２１２を受けて、シャフトコネクタ１８８を細長いロッド１７２にロックする。シャフトコネクタ１８８は、ソケット１６２と細長いロッド１７２との間に金属間接続を形成し、従って、モータシャフト１６０とインペラシャフト組立体１４との間に強い接続を可能にする。ナット２１４及びワッシャ２１６を細長いロッド１７２のネジ付き上端部２１８に取り付け、キー２１２を所定位置で垂直方向に固定することができる。割りピン２２２が、細長いロッド１７２の上端部に隣接した横断方向貫通ボア内に受けられる。
【００４２】
図８を参照すると、インペラシャフト組立体１４の下端部は、インペラ１６に取り付けられる。インペラ１６は、キー２４４を用いて下部構造体２４２に取り付けられた上部構造体２４０を含む。上部構造体２４０及び下部構造体２４２は、ベーン２４６を形成し、これに通って溶融金属がポンプ輸送される。下部構造体２４２はまた入口２４８を含み、ここで溶融金属がインペラに入る。図示のインペラ１６は、底部入口インペラであるが、上部入口のような他の構成であってもよい。
【００４３】
インペラ１６の上部構造体２４０は、シャフト組立体１４の下端部を受けるキャビティ２５４を形成する上方に延びる中空ボス２５２を含む。長円のプレート２５６は、細長いロッド１７２の下端部に取り付ける。シャフト組立体１４の底面図である図９でより明確に分かるように、プレート２５６は、相対する丸みのある長手方向縁部２５８と平坦な横方向縁部２６２とを含む。インペラ１６のキャビティ２５４は、下方プレート２５６の周囲と一致する適切な形状にされ、その結果、細長いロッド１７２の回転によりインペラ１６が回転する。
【００４４】
再度図８を参照すると、垂直貫通ボア２７２を有する中空ブーツ２７０が、外側シールド１６４の下端部を受ける。外側シールド１６４は、ブーツ２７０内部に受けられる下側部分に移行する先細部分２７４を含む。ブーツ２７０の上面図である図１０においてより明確に分かるように、ブーツは、下方プレート２５６の構造に一致する下側長円部分２７８から上方に延びる環状の上方部分２７６を含む。従って、ブーツ２７０の長円ベース２７８は、丸みのある長手方向端部２８６と平坦な横方向端部２８８とを含む。ブーツ２７０は、グラファイト、セラミック、又は他の同様の材料のような耐火性材料で作られる。再度図８を参照すると、充填材２８２が、ブーツ２７０のベース２７８の下面と下方プレート２５６の上面との間に置かれる。同様に、充填材２８４が、細長いロッド１７２と外側スリーブ１６４との間に置かれる。充填材は、粒状グラファイト及び他の耐熱性材料を含むことができる。
【００４５】
ブーツ２７０の構造は、インペラ１６のキャビティ２５４の協働する表面と係合する大きな座面（すなわち平坦表面２８８）を提供するので、インペラ１６は、シャフト組立体１４と共に回転することができる。水平貫通ボア２９０が、インペラ１６の上方構造体２４０内に設けられ、ブーツ２７０内の水平貫通ボア２９２と整列する。インペラ１６に対してブーツ２７０を更に付着させるために、ボア２９０及び２９２を介してセメントを注入することができる。
【００４６】
再度図１を参照すると、インペラ１６は、ポンプベースハウジング１８内に定められたポンピングチャンバ２０内に収容される。中央ボア２９６を有する環状の軸受リング２９４がブーツ２７０を受ける。軸受リング２９４は、ポンプベースハウジング１８に取り付けられた静止軸受リング２９８に接して支持する。
【００４７】
図１１を参照すると、インペラシャフト組立体１４に取り付けることができる上部入口インペラ用のキャップ部材３００である。キャップ部材３００はまた、インペラの底部に取り付けて、底部入口インペラを形成することができる。インペラが溶融金属を動かすことができるように、ベーン２４６（図８）と同様のベーンを前述のインペラの両方に設けられる。図１１及び図１２に開示されるキャップ部材３００は、公知のインペラと比べて、特定時間内にポンプ輸送できる溶融金属の量を増大させる。部材３００は、キャップ部材として説明されるが、該部材はインペラの上部又は底部に取付けることができることが理解される。
【００４８】
再度図１１を参照すると、キャップ部材３００は、上面３０２及び下面３０４（図２）を含む。複数の入口開口３０６がキャップ部材３００を貫通して形成される。各入口開口３０６は、図８の通路２４６のようなインペラの内部通路と連通することになる。この実施形態においては、キャップ部材３００は、矢印Ａで示す時計方向に回転するようになっている。各入口開口３０６は、半径方向前方壁３０８、半径方向後方壁３１２、円周方向内部壁３１４、及び円周方向外方壁３１６によって定められる。内部壁３１４及び外方壁３１６は、前方壁３０８及び後方壁３１２を相互に接続する。円周方向内部壁３１４及び円周方向外方壁３１６は、面３００の中央回転軸とほぼ同心とすることができる。隣接する壁間の交差部は、丸みのあるコーナとなる。
【００４９】
半径方向前方壁３０８及び半径方向後方壁３１２は、面３００の回転軸に対して傾斜され、溶融金属が平坦な前方壁及び後方壁に沿って下流側に進んでインペラ内に入るようになる。換言すれば、インペラが時計方向に回転すると、各前方壁３０８及び各後方壁３１２の最上縁部は、各前方壁３０８及び各後方壁３１２の最下縁部の前方にある。傾斜角は、壁の各々について約＿＿度〜約＿＿度である。壁は、互いに平行とすることができるが、他の実施形態では、互いに平行以外に位置してもよい。傾斜された壁は、垂直方向に向いた入口壁と比べて、より多くの溶融金属がインペラ通路に流入するように促す。更に、ほぼ同心の内部壁３１４及び外方壁３１６は、入口開口３０６によって定められる傾斜した棒状スポーク３１８だけがインペラ内への溶融金属の流入を遮るので、円形入口開口又は矩形入口開口と比べてより大きな入口開口を提供する。内部壁３１４及び外方壁３１６が直線的である実施形態においてでも、より大きな開口を提供するために開口はほぼ台形形状を有する。従って、より多くの溶融金属を受けるためにより大きな入口開口表面積が提供される。
【００５０】
キャップ部材３００は、図１のインペラシャフト組立体１４のようなインペラシャフトを収容する中央開口３２２を含む。中央開口は、円形で図示されているが、インペラシャフト組立体１４の非円形部分を収容する形状にすることもできる。図１１及び１２に示す実施形態においては、キャップ部材３００はまた、該キャップ部材の下面３０４から下方に垂下した周囲壁３２４を含む。周囲壁３２４は、図１に示す下部構造体２４２のようなインペラの下方部分に取り付けることができる。
【００５１】
図１に示す溶融金属ポンプは、溶融金属が上昇管２４内の通路２６を通って別の場所へ移送されるので移送ポンプと呼ばれる。溶融金属ポンプは、他の環境においてはガス注入ポンプとして使用することができ、この場合、出口２２及びベース１８は、図１４に示す排出装置３３０と連通するように実質的に水平に配置されることになる。
【００５２】
キャップ部材３００はまた、図２７及び図２８に示すベース部材９００に取り付けることができる。ベース部材９００は、隆起した中央ボス９０４に形成された中央開口９０２を含む。中央開口９０２は、インペラシャフト組立体１４（図１）を収容するために、キャップ部材３００の中央開口３２２と整列する。複数の半径方向壁又はインペラブレード９０６が、中央ボス９０４から半径方向に延びる。各半径方向壁９０６は、該半径方向壁の上部外方端部に形成されたノッチ９０８を含む。ノッチ９０８は、キャップ部材３００（図１２）の周囲壁３２４を収容する。
【００５３】
各半径方向壁９０６は、第１の表面９１２と第２の表面９１４とを含む。ベース部材９００が時計方向に回転する場合、第１の表面９１２は、前方面と呼ぶことができ、第２の表面９１４は後方面と呼ぶことができる。ベース部材９００が反時計方向に回転する場合、第１の表面９１２は後方面と呼ぶことができ、第２の表面９１４は前方面と呼ぶことができる。第１及び第２の表面は、図示した実施形態においてはほぼ水平な出口通路９１６を構成する。
【００５４】
図示の実施形態においては、各半径方向壁９０６は、出口通路９１６に向かって延びる面取りされた周囲端部９１８を含む。従って、第１の表面９１２は、対象の第１表面及び第２の表面によって定められる出口通路９１６を形成する隣接半径方向壁９０６の第２の表面９１４に向いて周囲縁部で傾斜されている。面取りされた周囲端部９１８は、ある種の出口誘導部材として働き、インペラを通過する溶融金属の速度を更に高めることができる。
【００５５】
キャップ部材３００は、該キャップ部材のスポーク３１８がベース部材の半径方向壁９０６と整列するようにベース部材９００に取り付けられる。キャップ部材３００は、ベース部材９００にセメントで固定することができる。インペラ全体は、公知のインペラよりも低い約７インチの高さを有することができる。必要に応じて、軸受リング（図２７及び２８には図示せず）をベース部材９００の下方部分に取り付けることができる。
【００５６】
ガス注入ポンプの場合には、溶融金属は、ポンピングチャンバ２０（図１）と連通した排出装置３３０内に形成された出口通路３３２を通ってポンプ輸送される。塩素のようなガスが、ガス注入管３３６内に形成された通路３３４を介して排出通路３３２内に導入される。管プラグ３３８が、開口３４２内部で排出装置３３０に装着される。管プラグは、ガス排出管３３６の下端部を受けて、ガス排出管３３６内の通路３３４と排出出口通路３３２との間の連通を可能にする輪郭開口３４４を含む。
【００５７】
溶融アルミニウムをポンプ輸送する公知の装置においては、塩素が排出流内、例えば排出通路３３２を通過する溶融金属流内に導入される場所の近くに塩化マグネシウムが蓄積する傾向にある。塩化マグネシウムの蓄積は、管プラグからの排出管の取り外しを極めて困難にすることがある。排出通路３３２を通過する溶融金属の十分な流れによって、排出流内に塩素が導入される場所に真空が生成されることになる。従って、塩化マグネシウムの蓄積を大幅に低減するか、或いは排除することができる。ポンプのインペラ上でキャップ部材３００（図１１及び１２）を使用することにより、同じＲＰＭで動作する公知のインペラと比べ、排出通路３３２を通る流量を大幅に増大させることができる。
【００５８】
十分な流量が得られている場合には、チューブ３３６をプラグ３３８に固定するのにセメントを必要とすることなく、プラグ３３８に形成された開口３４４内部にガス注入管３３４を受け入れることができる。ガス注入管３３６は、プラグ３３８内の円錐状に形成された開口３４４に対して相補的な形状を持つ先細端部３５８を有する。プラグ３３８は傾斜した開口３６６を含む。セラミック管が開口３６６内に受け入れられ、該開口から延びる。
【００５９】
管プラグ３３８は、円筒形部分３６２から延びるほぼ楕円形の中間部分３７２を含む。中間部分３７２は、先細縁部３７６を有する遠位フィン３７４へ移行する。楕円形部分３７２及びフィン３７４は、ガス排出装置３３０の排出通路３３２内に延びることができる。溶融金属の流れは、フィン３７４の垂直端部から先細縁部３７６（図１４に示す）に向う方向とすることができ、又は逆もまた同様である。セラミック先端部３６８は、排出開口３３２を通って流れる溶融金属流に延びることができる。セラミック先端部３６８が溶融金属流内に延びる深さは、溶融金属流の上部から底部付近までの幅がある。１つの代替設計においては、フィン要素３７４全体又は管プラグ３３８全体もセラミックからなることは実施可能である。
【００６０】
ガス注入システムの構成要素を作るのにグラファイトだけを使用する公知のシステムと比べ、セラミック先端部３６８を溶融金属流内に延伸させることによりシステムの寿命が延びる。セラミック先端部３６８は、溶融金属流内に注入されるガスが流れの下側部分に注入されるように溶融金属流内に延びることができる。
【００６１】
公知のガス注入システムと対比して、ガス注入管３３６は、これをプラグ３３８にセメントで固定することなく管プラグ３３８の開口３４４内に着座させることができ、この場合、排出出口３３２を通る溶融金属の流れは、十分な真空が生じるようなものである。フィン３７４及び中間楕円領域３７２の形状は、溶融金属の流れがあまり妨げられないような形状である。排出通路の形状もまた、例えば排出通路を管プラグ３３８に隣接する区域に拡大することにより、管プラグ３６４の流れ阻止作用を最小限にするように作ることができる。
【００６２】
次に図２６を参照すると、典型的なガス注入ポンプ４００が図示されている。詳細には、ポンプ４００は、必要に応じて炉（図示せず）内でポンプを持ち上げて位置決めするのに使用されるハンガー組立体４０２を含む。モータ４０３はモータ取付具４０４によって支持され、該モータ取付具自体は、支持プレート４０６によって支持される。モータ４０３は、インペラ４１２上に固定された回転シャフト４１０に結合組立体４０８を介して接続される。
【００６３】
ベース組立体４１４は、反射炉の床上に置かれ、複数のポスト４１６によって支持プレート４０６及びモータ取付具４０４用の土台を形成する。インペラ４１２は、ポンピングチャンバ４１８内で回転可能であり、その回転によって、溶融金属４１９が入口４２０を介してポンピングチャンバ４１８内へ引き込まれ、出口通路４２２を介して排出される。
【００６４】
反応性ガスが、支持プレート４０６に取り付けられたクランプ機構４２６によって支持されるガス注入管４２４に供給される。ガス注入管４２４の浸漬された端部は、管プラグ４２８を介して出口通路４２２に接続される。出口通路４２２の排出開口４３０に隣接して収束ノズル５２５がある。詳細には、出口が「狭まり」、制約４３２注入点の区域（収束ゾーン）を形成する。残念ながら、この設計は、出口における金属の速度が増大して流れを制限し、結果として充填ウェル内の比較的停留した溶融金属に対する衝撃が増大する。
【００６５】
この設計とは対照的に、本発明は、末広ファンタイプの出口を含む。他の点では、ポンプは同様とすることができる。従って、米国特許第５，９９３，７２８号は引用により本明細書に組み込まれる。
【００６６】
次に図１５を参照すると、遠心溶融金属ポンプのベース５６０が図示される。ベース５６０内には、インペラ５６４を収容した渦巻ポンピングチャンバ５６２が設けられる。インペラ５６４が回転すると、溶融金属は、ポンプベース５６０入口（図示せず）を通ってインペラ入口５６６に入り、多数の通路５６８を介して渦巻チャンバ５６２へ出る。従って、溶融金属は、渦巻チャンバ５６２から出口通路５７０へ強制的に送られる。出口通路５７０は、ガス注入入口５７２とファン拡散セクション５７４とを含む。ガス注入入口５７２は、渦巻の水切りに対してほぼ垂直に位置付けられたライン５７６の下流側で、ファン拡散セクション５７４の上流側に位置付けられるのが好ましい。ポンプインペラ５６４は、出口通路５７０の近傍の壁５７８から延びる仮想ラインに対してほぼ接線方向にある半径方向壁を有する。
【００６７】
ファン拡散セクション５７４は、上流側幅（Ｗｕ）及び終端側幅（Ｗｔ）によって特徴付けることができる。幅方向において側壁が発散する性質の結果、ＷｔはＷｕよりも大きい。この例においては、幅の増大は、各壁の角度αの寸法の増大によって示されている。しかしながら、この増大は、必ずしも各壁に存在する必要はなく、単一の壁において表すこともできる。この構成は、詳細には、ファン拡散セクション５７４の高度な態様を示した図１６に示されている。より詳細には、ファン拡散セクション５７４は、角度βに従ってその高さが増大し、上流側高さ寸法Ｈｕよりも大きい終端側高さ寸法Ｈｔを提供する。
【００６８】
次に図１７を参照すると、本発明の設計が代替形態で示されており、ここではファン拡散セクション５８０は、ベース５８２とは別個の構成要素を含む。ファン拡散セクション５８０は、ダウエル／セメントの組合せ５８４、ネジ接続、セメントのみ、又は他のあらゆる好適な技法を含む、当業者が利用可能なあらゆる手段を用いてベース５８２に取り付けることができる。
【００６９】
次に図１８を参照すると、代替的なガス注入システムの利用が示されており、ここでガス注入入口５９０は、出口通路５９２の各々の壁に分散されている。ガス注入入口５９０は、別個のガス管を介して、或いは分割機構と組み合わせた単一のガス管を介して送給することができる。いずれの場合においても、この設計は、ガス分散を助けるものと考えられる。
【００７０】
本発明は、出口流の圧力脈動を低減し、結果としてポンプベースの破損が同様に低減されるようになることが分かった。更に、充填ウェル内への溶融金属の侵入が増大することが確保される点が明らかになった。当業者には理解されるように、循環用に溶融金属ポンプを利用する主な意義は、溶融金属の形態で所望のＢＴＵ単位を炉から充填ウェルへ提供することである。充填ウェル内への溶融金属侵入が少なすぎる場合には、スクラップ充填物の溶融に供給されるエネルギーが不十分である。充填ウェル内への溶融金属の速度が高すぎる場合には、充填ウェル溶融金属表面の望ましくない乱れにより望ましくない酸化が生じる結果となる。より詳細には、ポンプ輸送金属が、２αに等しい角度で外向きに拡散し、充填ウェル掃引面積を増大させることになる。要するに、導入される金属によって湿潤される充填ウェルの面積がより大きくなる。
【００７１】
加えて、溶融金属出口圧力を増大させることにより、充填ウェルの静止金属プール内へのより深くより滑らかな侵入が得られる。従来、出口から静止充填ウェルプールへの金属流を高速で導入すると、大きな衝撃振動が生じ、多くの場合、溶融金属ポンプ構成要素、特にベースの亀裂の原因となる。ファン拡散出口を利用して流速を低下させ且つ流れ圧力を増大させることによって、衝撃振動は低減される。有利なことに、これによりポンプがより高速の回転速度及び／又は接線方向速度で作動することも可能になる。
【００７２】
図示のポンプは、ガス注入タイプであるが、あらゆるタイプの循環ポンプ又は電磁ポンプ、及び実際には溶融金属を移送するあらゆるタイプのポンプは、本発明のファン拡散出口設計を含むことによって利益を得ることができる点に留意されたい。
【００７３】
再び図１５を参照すると、ガス注入入口は、ライン５７６の僅かに下流側で且つファン拡散出口部５７４の僅かに上流側のベース内に位置付けられている。ガス注入入口の上流側位置は、ガスが渦巻ポンピングチャンバ５６２内へ循環するのを防止したいという要望により制限される。ファン拡散要素の上流側のガス注入は、比較的低圧力位置でのガス導入を可能にするためである。勿論、ガス注入オリフィスは、複数であってよく、これらが同心である限り、或いは多重注入が使用される場合に出口アクセスに対し対称である限り、出口の頂部、側部、又は底部を含むあらゆる場所に置くことができる。有利には、下流側のファン拡散出口部を高圧にしてこの場所にガスを導入することにより、気泡が溶融金属内に取り込まれた状態を維持することが更に困難となるより大きなポケットへ合体する傾向が低減される。
【００７４】
一般に、本発明は、より長いガス滞留、より緩慢な気泡合体形成、周囲速度及び金属流量に比例した金属内への高いガス分散性、静止金属内へのより深いガス侵入、ポンプ入口から外部へのガス逆流が無いこと、先行技術設計と同一のガス流量でのより高い金属流量、ポンプ流速が低下しないこと、大きな速度変化から生じる出口流れ圧力の変動が無いこと、並びに、高共振応力及び液圧波に起因する振動及び材料疲労の制限を提供する。
【００７５】
次に図１９から図２２を参照すると、本発明のガス注入アダプタが図示される。重要なことには、本明細書ではアダプタ６００は溶融金属ベースとは別個の構成要素として図示されているが、アダプタはまた、ベースを形成する材料の一体的構成要素として構成することもできる点に留意されたい。
【００７６】
アダプタ６００は、入口端部６０２と出口端部６０４とを有するグラファイト、セラミック、又は他の耐溶融金属性の本体６０１からなる。本体６０１は、分岐フィン６０８が位置付けられた通路６０６を構成する。フィン６０８は、アダプタ６００の長手方向軸線Ｌに沿って整列して図示されているが、フィンは、別の場所に置かれてもよく、所望であれば湾曲させることもできる。分岐フィン６０８は、アダプタ１００の長手方向軸線Ｌに対して約５°から１５°の間の角度増大を好ましくは有する先細前縁６１０と、アダプタの長手方向軸線に対して約２°から８°の間の角度減少を好ましくは有する先細後縁６１２とを含む。先細前縁６１０及び先細後縁６１２は、互いに平行な２つのほぼ平坦な側壁６１６を有する中央セクション６１４によってつながる。フィン６０８の前縁６１０の方が短く、従って、より長い後縁６１２と比べてより大きな増大角を有する。
【００７７】
通路６０６の内部壁は、これらの寸法がフィン６０８の前縁、後縁、並びに中央領域の寸法を実質的に反映するように形成される。更に、通路６０６の壁は、フィン６０８によって取り除かれる通路の面積と一致する面積だけ取り除かれることになる。このような構成は、アダプタ全体の一定又は増大する流れ面積（長手方向軸線Ｌに垂直な断面で測った面積）を提供することによって、アダプタを流れる溶融金属の流れに対する衝撃を軽減する。従って、領域６２０における内部壁６１８は、前縁６１０の外側寸法とほぼ一致する約５°から１５°の間の角度の割合で増大する。中央領域６２２に隣接した内部壁６２１は、比較的平坦とすることができる。後方領域６２６に隣接した内部壁６２４は、平坦のままでもよく、或いは実際には上述の拡散ファンの利点をこの装置に備えるために連続して発散してもよい。このようにして、影響のあるレベルにまでは乱流が溶融金属流内に導入されない。
【００７８】
出口アダプタ６００は、ガス注入管（図示せず）の着座を容易にするために面取りされた縁部６２９を有する凹形のガス注入管受け入れ領域６２８を含む。着座部６２８は、２つの出口６３２を含んでフィン６０８内に延びた少なくとも１つのガス注入口６３０を含み、ガスがフィン６０８を通過して流れる溶融金属にアクセスすることができる。勿論、多くの出口位置が実施可能である。例えば、出口は、図示したよりも前方又は後方、及び上方又は下方に移動させることができる。同様に、この部品が溶融金属流内へ向けられる角度は調節可能である。従って、このフィン設計は、最大吸引ポイントでガスを注入することを可能にする。吸引が大きいほど、注入可能なガスが多くなり、処理される金属が多くなる。アダプタ６００は、出口６３２の機械加工を容易にするために設けられる側壁孔６３４を含む。
【００７９】
分岐ポンプ出口は、有利には、注入ガスを最大滞留、最大流速、及び最大流れ侵入を得るための負荷中心であることを可能にする。１つの重要な利点は、渦巻区域狭窄が全く生じないことである。これに加えて、気泡合体を最低限にするために、漸次的な渦巻排出区域の拡大がある。同様に、最大ガス保持が速度乱流無く起こるように、二重金属流の合体が生じる。
【００８０】
更に、下流側ポイントにおいて側壁テーパ設計を選択することによって、既存の速度により４〜２０フィート／秒の金属間侵入速度が可能になる。
【００８１】
次に図２３を参照すると、代替のガス注入管７００が図示される。この実施形態においては、単一又は二重ガス入口（例えば、図１３、１４、及び図１９−２２）ではなく、複数の出口７０３がある。好ましくは、各個々の出口は、ガス排出面積全体の５％よりも大きくない開口寸法を有する。
【００８２】
次に図２４及び２５を参照すると、代替の水平化機構が図示される。より詳細には、モータ取付け組立体８００は、他の要素の中でも特にポンプポストを固定することができる１次支持プレート８０３を含むように図示されている。４つのネジ付きスタッドボルト８０５がプレート８０３に固定される。スタッド要素８０５上に取付けリング８０７が位置付けられ、これにモータ（図示せず）が固定される。プレート８０３及び取付けリング８０７の中間にあり、スタッドボルト８０５上に位置付けられるのが調節要素８０９である。調節要素８０９は、管要素８１１、ネジ付き調節キャップ８１３、及びロックリング８１５から構成される。調節キャップ８１３は、ロックリング８１５と嵌合するのに好適なネジ付き外表面８１７を含む。ロックキャップ８１３の内部ボアは、スタッドボルト８０５と嵌合するようにネジ切りされている。本明細書で示された設計は、モータリング８０７の調節、従って上に取り付けられるモータの調節を容易にする。有利には、要素８０９の僅かな調節が、上述のシャフト及びインペラ要素の適正な配向を容易にする。
【００８３】
以上において、溶融金属ポンプ及び該溶融金属ポンプを構成する構成要素を当業者が本装置を作製及び使用できるように十分詳細に説明してきた。「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」等のような方向を表す用語は、図示の実施形態を説明するのに使用されており、特定の構成要素の位置を限定するものではない。前述の説明を読むと、当業者であれば上述の実施形態の幾つかの代替形態を想起することができる。本発明は、添付の請求項及び均等物の範囲内にある全てのこうした変更及び変形を含むものとする。
【００８４】
また、好ましい実施態様として、本発明を次のように構成することもできる。
１． 溶融金属ポンプのポスト組立体を前記溶融金属ポンプのモータ取付具に接続するためのコネクタであって、
側壁と、
前記側壁から延び、軸方向に整列した開口を含む内部壁と、
を含み、
前記側壁と前記内部壁とが、関連した溶融金属ポンプの支持ポスト組立体を受けるように適合された下側受入れ部と、前記関連した溶融金属ポンプのモータ取付具又は該取付具に接続された構造体と協働するように適合された上方受入れ部とを構成することを特徴とするコネクタ。
２． 前記内部壁内の開口が、前記ポスト組立体の構成要素である細長いロッドを受けるように適合されていることを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
３． 前記関連した溶融金属ポンプのモータ取付具に接続され、且つ前記上方受入れ部の内部に受けられるように適合された取付構造体を更に含むことを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
４． 前記取付構造体が外ネジを含み、前記側壁が前記上方受入れ部に内ネジを含むことを特徴とする上記３に記載のコネクタ。
５． 前記取付構造体が、前記内部壁内の開口と整列した開口を含み、前記開口の内の少なくとも１つが非円形の周囲を有することを特徴とする上記３に記載のコネクタ。
６． 前記側壁が、前記内部壁に隣接した開口を含むことを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
７． 前記側壁が、前記内部壁から離間して配置された、前記下方受入れ部に通じる少なくとも１つの開口を含むことを特徴とする上記１に記載のコネクタ。
８． 前記少なくとも１つの開口内に受けられる寸法にされたバレルナットを更に含み、該バレルナットが、前記内部壁の開口と整列するように適合されたネジ付き開口を含むことを特徴とする上記７に記載のコネクタ。
９． 上記１のコネクタと、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトに接続されたモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付プレートと、
前記モータ取付プレートを前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含み、
前記コネクタが、前記ポストを前記モータ取付プレートに接続することを特徴とする溶融金属ポンプ。
１０． 溶融金属ポンプポストと溶融金属ポンプ用のモータ取付具との間に調節可能な接続を可能にする装置であって、
関連する溶融金属ポンプ用のポストを受ける寸法にされた受入れ部を構成する側壁と、
前記関連する溶融金属ポンプのモータ取付具又は該モータ取付具に接続された構造体に調節可能に取り付けられて、前記関連する溶融金属ポンプ用のポストの長手方向軸線によって定められる軸線内で前記装置の調節を可能にするように適合された上方部分と、
を含むことを特徴とする装置。
１１． 前記装置の上方部分にネジが設けられていることを特徴とする上記1０に記載の装置。
１２． 前記装置の上方部分に内ネジが設けられていることを特徴とする上記1１に記載の装置。
１３． 前記側壁から前記受入れ部内に延びる内部壁を更に含み、前記内部壁が中央開口を含むことを特徴とする上記１０に記載の装置。
１４． インペラシャフトをモータに接続するための装置であって、
コネクタが、関連する溶融金属ポンプのモータの駆動シャフトに接続されるように適合されたソケットを備え、
前記ソケットが、上方キャビティと下方キャビティとを構成する段付きキャビティを含み、前記上方キャビティが、前記ソケットの中心軸線に垂直な断面において非円形構造の形状を有しており、前記下方キャビティが、前記関連する溶融金属ポンプのインペラシャフト組立体を受けるように適合されていることを特徴とする装置。
１５． シャフトコネクタを更に備え、該シャフトコネクタが、前記インペラシャフト組立体の細長いロッドを受けるための中央開口と、前記シャフトコネクタが前記上方キャビティによって嵌合されて前記ソケットの回転が前記シャフトコネクタの回転を生じるような形状にされた周辺部とを有することを特徴とする上記1４に記載の装置。
１６． 前記シャフトコネクタが鋼材で作られていることを特徴とする上記１５に記載の装置。
１７． 前記シャフトコネクタを前記細長いロッドに接続するためのキーを更に備えることを特徴とする上記１５に記載の装置。
１８． 前記ソケットが、前記シャフト組立体を垂直に保持するために割りピンを受けるように構成された横断方向開口を含むことを特徴とする上記１４に記載の装置。
１９． 前記ソケットが、前記上方キャビティと前記下方キャビティとの間に中間キャビティを含み、前記中間キャビティが、前記下方キャビティの直径よりも小さい直径を有することを特徴とする上記１８に記載の装置。
２０． 上記１４の装置と、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記装置によって前記シャフトに接続されたモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする上記１４に記載の溶融金属ポンプ。
２１． 溶融金属ポンプのためのインペラシャフト組立体であって、
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部がモータに接続するように構成された細長い金属ロッドと、
前記細長い金属ロッドの第２の端部に取付られた、又は該第２の端部に隣接して取付られた非円形の金属製駆動部材と、
を含み、
前記駆動部材が、インペラと協働するように構成されていることを特徴とするインペラシャフト組立体。
２２． 前記細長い金属ロッドが、前記第１の端部に隣接して形成されたキー溝を含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２３． 耐火性材料で作られた外側スリーブを更に含み、
前記外側スリーブが、前記細長い金属ロッドを受ける細長い開口を含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２４． 耐火性材料で作られ、前記外側スリーブの下方部分を受けるためのボアを有するブーツを更に含み、
前記ブーツが、前記非円形駆動部材と一致する周辺部を有する下方部分を含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２５． 前記非円形駆動部材が、平坦な横方向縁部を有するプレートを含むことを特徴とする上記２１に記載の組立体。
２６． 溶融金属ポンプ用のインペラであって、
回転軸線を有するほぼ円筒状本体と、
前記本体に取り付けられ、且つ前記本体の内部通路と連通した複数の入口開口を有するキャップ部材と、
を含み、
各入口開口が内方壁と外方壁とを有し、前記外方壁が前記内方壁よりも長く、各入口開口がまた前方壁と後方壁とを含み、該前方壁及び後方壁が各々、前記内方壁及び外方壁を相互接続し、各々が、第１の回転方向において各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されていることを特徴とするインペラ。
２７． 前記入口開口が、円形又は多角形の内の一方であることを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
２８． 前記入口開口が、複数の半径方向棒状スポーク、湾曲したスポーク、又は半径方向にオフセットしたスポークの内の１つを構成することを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
２９． 前記キャップ部材がほぼ円筒状であり、各入口開口の外方壁が、前記キャップ部材の周辺部にほぼ従うことを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３０． 各入口開口の内方壁が外方壁にほぼ平行であることを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３１． 前記前方壁及び後方壁が平坦又は凹状であることを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３２． 前記キャップ部材が、インペラシャフトを収容するための中央開口を含むことを特徴とする上記２６に記載のインペラ。
３３． 上記２６のインペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具をポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
３４． 溶融金属ポンプ用のガス注入管プラグであって、
ガスを流すことができるチャネルを有する本体であって、該本体の一部が、前記チャネルにガスを供給するガス注入源と連通するように適合された本体と、
前記本体内に配置され、前記チャネルと連通した通路を含むセラミック先端部材と、
を含むガス注入管プラグ
３５． 前記本体が、溶融金属の流れの中に配置されるように適合されたフィン状部分を含み、前記セラミック先端部材が前記フィン状部分から延びることを特徴とする上記３４に記載のプラグ。
３６． 上記３４のガス注入管プラグと、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記ポンプベースハウジングと連通し、前記ガス注入管プラグが内部に配置されるガス注入入口を構成する出口通路と、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とするガス注入型溶融金属ポンプ。
３７． 前記ガス注入管プラグの本体が、前記出口通路内に配置されたフィン状部分を含み、前記セラミック先端部材が前記フィン状部分から延びることを特徴とする上記３６に記載のポンプ。
３８． 前記出口通路の形状は、前記フィン状部分を受ける区域において拡大するような形状であることを特徴とする上記３７に記載のポンプ。
３９． ポンピングチャンバを構成する本体と、
前記ポンピングチャンバ内に配置されたインペラと、
前記ポンピングチャンバから延びる出口通路であって、前記出口通路内部にフィンが配置されており、該フィンが、前記出口通路の壁が前記フィンの第１の端部にある先細部とほぼ同じ増大度で発散している全体的に厚い領域よって接続された第１の先細上流側端部と第２の先細下流側端部とを有する出口通路と、
前記フィンを貫通して延び、該フィンの少なくとも1つの側壁から出る少なくとも1つのガス注入口と、
からなる溶融金属ポンプ。
４０． 前記フィンが、複数のガス注入口を含むことを特徴とする上記３９に記載のポンプ。
４１． 通路を形成する本体を備えた溶融金属ポンプ用の出口アダプタであって、前記出口通路内にフィンが配置され、前記フィンが、全体的に厚い領域によって接続された第１の先細上流端部と第２の先細下流端部とを有し、前記出口通路の壁が前記フィンの第１の端部にある先細部とほぼ同じ増大の度合いで広がっており、ガス注入口が前記フィンを貫通して延び、該フィンの少なくとも１つの側壁から出ることを特徴とする出口アダプタ。
４２． 入口と、出口と、溶融金属を前記入口に引き込み且つ前記出口から前記溶融金属を送り出すための手段とから構成された溶融金属ポンプであって、前記出口が、上流側位置にある第1の断面積と、終端位置にあるより大きな第２の断面積とを有するチャネルを含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
４３． 前記チャネルが、長さＬ、高さＨ、及び幅Ｗを有し、Ｗが上流側位置Ｗｕから終端位置Ｗｔまで０よりも大きな角度αに従って全体的に増大することを特徴とする上記４２に記載のポンプ。
４４． 前記チャネルが高さＨを有し、Ｈが上流側位置Ｈｕから終端位置Ｈｔまで角度βに従って全体的に増大することを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
４５． ５°＜α＜１１°であることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
４６． １．０°＜β＜１０°であることを特徴とする上記４４に記載のポンプ。
４７． αが対向する壁の和から構成されることを特徴とする上記４６に記載のポンプ。
４８． βが１つの壁から構成されることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
４９． Ｑが金属流量（ｉｎ3／ｓｅｃ）に等しく、Ｑ／２４０＜Ｗｔ×Ｈｔ＜Ｑ／４０であることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
５０． ０．０２６＜１／２（Ｗｔ−Ｗｕ）＜０．１９５であることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
５１． 式０．０１７＜１／２（Ｈｔ−Ｈｕ）Ｌ＜０．１７７であることを特徴とする上記４４に記載のポンプ。
５２． 前記ポンプがガス注入要素を含むことを特徴とする上記４２に記載のポンプ。
５３． 前記ガス注入要素が、前記渦巻の水切りに隣接し且つ前記Ｈ又はＷが増大し始める位置の上流側で前記ベースに入ることを特徴とする上記４３に記載のポンプ。
５４． 複数のガス注入ポイントを含むことを特徴とする上記５２に記載のポンプ。
５５． 前記インペラの半径方向壁が、前記出口の近位壁に平行に延びた仮想線に対しほぼ接線方向にあることを特徴とする上記５２に記載のポンプ。
５６． ポンピングチャンバと、モータ取付具と、前記ポンピングチャンバを前記モータ取付具に接合する少なくとも１本のポストとから構成された溶融金属ポンプであって、
前記モータ取付具が、前記ポストに固定された第１の本体と、モータに固定された第２の本体と、前記第１の本体と前記第２の本体との間に配置された少なくとも1つの調節可能な要素とを含み、
前記調節可能な要素が、前記両本体間の分離距離を調節して固定するための機構を提供することを特徴とするポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラシャフトをモータに接続するための装置であって、
コネクタが、関連する溶融金属ポンプのモータの駆動シャフトに接続されるように適合されたソケットを備え、
前記ソケットが、上方キャビティと下方キャビティとを構成する段付きキャビティを含み、前記上方キャビティが、前記ソケットの中心軸線に垂直な断面において非円形構造の形状を有しており、前記下方キャビティが、前記関連する溶融金属ポンプのインペラシャフト組立体を受けるように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置と、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記装置によって前記シャフトに接続されたモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
【請求項３】
溶融金属ポンプのためのインペラシャフト組立体であって、
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部がモータに接続するように構成された細長い金属ロッドと、
前記細長い金属ロッドの第２の端部に取付られた、又は該第２の端部に隣接して取付られた非円形の金属製駆動部材と、
を含み、
前記駆動部材が、インペラと協働するように構成されていることを特徴とするインペラシャフト組立体。
【請求項４】
耐火性材料で作られた外側スリーブを更に含み、
前記外側スリーブが、前記細長い金属ロッドを受ける細長い開口を含むことを特徴とする請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
溶融金属ポンプ用のインペラであって、
回転軸線を有するほぼ円筒状本体と、
前記本体に取り付けられ、且つ前記本体の内部通路と連通した複数の入口開口を有するキャップ部材と、
を含み、
各入口開口が内方壁と外方壁とを有し、前記外方壁が前記内方壁よりも長く、各入口開口がまた前方壁と後方壁とを含み、該前方壁及び後方壁が各々、前記内方壁及び外方壁を相互接続し、各々が、第１の回転方向において各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されていることを特徴とするインペラ。
【請求項６】
前記入口開口が、円形又は多角形の内の一方であることを特徴とする請求項５に記載のインペラ。
【請求項７】
前記前方壁及び後方壁が平坦又は凹状であることを特徴とする請求項５に記載のインペラ。
【請求項８】
請求項５のインペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具をポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
【請求項９】
溶融金属ポンプ用のガス注入管プラグであって、
ガスを流すことができるチャネルを有する本体であって、該本体の一部が、前記チャネルにガスを供給するガス注入源と連通するように適合された本体と、
前記本体内に配置され、前記チャネルと連通した通路を含むセラミック先端部材と、
を含むガス注入管プラグ
【請求項１０】
前記本体が、溶融金属の流れの中に配置されるように適合されたフィン状部分を含み、前記セラミック先端部材が前記フィン状部分から延びることを特徴とする請求項９に記載のプラグ。
【請求項１１】
請求項９のガス注入管プラグと、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記ポンプベースハウジングと連通し、前記ガス注入管プラグが内部に配置されるガス注入入口を構成する出口通路と、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とするガス注入型溶融金属ポンプ。
【請求項１２】
通路を形成する本体を備えた溶融金属ポンプ用の出口アダプタであって、前記出口通路内にフィンが配置され、前記フィンが、全体的に厚い領域によって接続された第１の先細上流端部と第２の先細下流端部とを有し、前記出口通路の壁が前記フィンの第１の端部にある先細部とほぼ同じ増大の度合いで広がっており、ガス注入口が前記フィンを貫通して延び、該フィンの少なくとも１つの側壁から出ることを特徴とする出口アダプタ。
【請求項１３】
入口と、出口と、溶融金属を前記入口に引き込み且つ前記出口から前記溶融金属を送り出すための手段とから構成された溶融金属ポンプであって、前記出口が、上流側位置にある第１の断面積と、終端位置にあるより大きな第２の断面積とを有するチャネルを含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
【請求項１４】
前記チャネルが、長さＬ、高さＨ、及び幅Ｗを有し、Ｗが上流側位置Ｗｕから終端位置Ｗｔまで０よりも大きな角度αに従って全体的に増大することを特徴とする請求項１３に記載のポンプ。
【請求項１５】
前記チャネルが高さＨを有し、Ｈが上流側位置Ｈｕから終端位置Ｈｔまで角度βに従って全体的に増大することを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１６】
５°＜α＜１１°であることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１７】
１．０°＜β＜１０°であることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１８】
Ｑが金属流量（ｉｎ3／ｓｅｃ）に等しく、Ｑ／２４０＜Ｗｔ×Ｈｔ＜Ｑ／４０であることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１９】
０．０２６＜１／２（Ｗｔ−Ｗｕ）＜０．１９５であることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項２０】
式０．０１７＜１／２（Ｈｔ−Ｈｕ）Ｌ＜０．１７７であることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１】
インペラシャフトをモータに接続するための装置であって、
コネクタが、関連する溶融金属ポンプのモータの駆動シャフトに接続されるように適合されたソケットを備え、
前記ソケットが、上方キャビティと下方キャビティとを構成する段付きキャビティを含み、前記上方キャビティが、前記ソケットの中心軸線に垂直な断面において非円形構造の形状を有しており、前記下方キャビティが、前記関連する溶融金属ポンプのインペラシャフト組立体を受けるように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置と、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記装置によって前記シャフトに接続されたモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
【請求項３】
溶融金属ポンプのためのインペラシャフト組立体であって、
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部がモータに接続するように構成された細長い金属ロッドと、
前記細長い金属ロッドの第２の端部に取付られた、又は該第２の端部に隣接して取付られた非円形の金属製駆動部材と、
を含み、
前記駆動部材が、インペラと協働するように構成されていることを特徴とするインペラシャフト組立体。
【請求項４】
耐火性材料で作られた外側スリーブを更に含み、
前記外側スリーブが、前記細長い金属ロッドを受ける細長い開口を含むことを特徴とする請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
溶融金属ポンプ用のインペラであって、
回転軸線を有するほぼ円筒状本体と、
前記本体に取り付けられ、且つ前記本体の内部通路と連通した複数の入口開口を有するキャップ部材と、
を含み、
各入口開口が内方壁と外方壁とを有し、前記外方壁が前記内方壁よりも長く、各入口開口がまた前方壁と後方壁とを含み、該前方壁及び後方壁が各々、前記内方壁及び外方壁を相互接続し、各々が、第１の回転方向において各壁の最上縁部が各壁の最下縁部に先行するように傾斜されていることを特徴とするインペラ。
【請求項６】
前記入口開口が、円形又は多角形の内の一方であることを特徴とする請求項５に記載のインペラ。
【請求項７】
前記前方壁及び後方壁が平坦又は凹状であることを特徴とする請求項５に記載のインペラ。
【請求項８】
請求項５のインペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具をポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
【請求項９】
溶融金属ポンプ用のガス注入管プラグであって、
ガスを流すことができるチャネルを有する本体であって、該本体の一部が、前記チャネルにガスを供給するガス注入源と連通するように適合された本体と、
前記本体内に配置され、前記チャネルと連通した通路を含むセラミック先端部材と、
を含むガス注入管プラグ
【請求項１０】
前記本体が、溶融金属の流れの中に配置されるように適合されたフィン状部分を含み、前記セラミック先端部材が前記フィン状部分から延びることを特徴とする請求項９に記載のプラグ。
【請求項１１】
請求項９のガス注入管プラグと、
インペラと、
前記インペラを少なくとも部分的に囲むポンプベースハウジングと、
前記ポンプベースハウジングと連通し、前記ガス注入管プラグが内部に配置されるガス注入入口を構成する出口通路と、
前記インペラに接続されたシャフトと、
前記シャフトを駆動するためのモータと、
前記モータを支持するためのモータ取付具と、
前記モータ取付具を前記ポンプベースハウジングに接続するためのポストと、
を含むことを特徴とするガス注入型溶融金属ポンプ。
【請求項１２】
通路を形成する本体を備えた溶融金属ポンプ用の出口アダプタであって、前記出口通路内にフィンが配置され、前記フィンが、全体的に厚い領域によって接続された第１の先細上流端部と第２の先細下流端部とを有し、前記出口通路の壁が前記フィンの第１の端部にある先細部とほぼ同じ増大の度合いで広がっており、ガス注入口が前記フィンを貫通して延び、該フィンの少なくとも１つの側壁から出ることを特徴とする出口アダプタ。
【請求項１３】
入口と、出口と、溶融金属を前記入口に引き込み且つ前記出口から前記溶融金属を送り出すための手段とから構成された溶融金属ポンプであって、前記出口が、上流側位置にある第１の断面積と、終端位置にあるより大きな第２の断面積とを有するチャネルを含むことを特徴とする溶融金属ポンプ。
【請求項１４】
前記チャネルが、長さＬ、高さＨ、及び幅Ｗを有し、Ｗが上流側位置Ｗｕから終端位置Ｗｔまで０よりも大きな角度αに従って全体的に増大することを特徴とする請求項１３に記載のポンプ。
【請求項１５】
前記チャネルが高さＨを有し、Ｈが上流側位置Ｈｕから終端位置Ｈｔまで角度βに従って全体的に増大することを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１６】
５°＜α＜１１°であることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１７】
１．０°＜β＜１０°であることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【請求項１８】
Ｑが金属流量（ｉｎ3／ｓｅｃ）に等しく、Ｑ／２４０＜Ｗｔ×Ｈｔ＜Ｑ／４０であることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１９】
０．０２６＜１／２（Ｗｔ−Ｗｕ）＜０．１９５であることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ。
【請求項２０】
式０．０１７＜１／２（Ｈｔ−Ｈｕ）Ｌ＜０．１７７であることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１３２９６４（Ｐ２０１１−１３２９６４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３４１６（Ｐ２０１１−８３４１６）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【分割の表示】特願２００７−５２０４８４（Ｐ２００７−５２０４８４）の分割
【原出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（５０７００７３７１）パイロテック インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【分割の表示】特願２００７−５２０４８４（Ｐ２００７−５２０４８４）の分割
【原出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（５０７００７３７１）パイロテック インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]