溶解炉システム
【課題】低コストで実現可能な溶解炉システムを提供する。
【解決手段】アルミニウム溶湯１０３を収納する溶解炉１０２と溶解炉の側壁及び底壁に対向させた攪拌装置１０１であって、ある軸線の回りに配列された、永久磁石製の、第１の磁石体１１と第２の磁石体１１とを備え、前記第１及び第２の磁石体を前記軸線の回りに回転駆動する駆動機構を備え、前記第１及び第２の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁化され、前記第１の磁石体と前記第２の磁石体は前記軸線の回りに交互に配置され、前記第１の磁石体及び第２の磁石体の磁場強度を、前記第１あるいは第２の磁石体からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記収納空間に至り、前記収納空間からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記第２あるいは第１の磁石体に至るものに設定した攪拌装置とを備える。
【解決手段】アルミニウム溶湯１０３を収納する溶解炉１０２と溶解炉の側壁及び底壁に対向させた攪拌装置１０１であって、ある軸線の回りに配列された、永久磁石製の、第１の磁石体１１と第２の磁石体１１とを備え、前記第１及び第２の磁石体を前記軸線の回りに回転駆動する駆動機構を備え、前記第１及び第２の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁化され、前記第１の磁石体と前記第２の磁石体は前記軸線の回りに交互に配置され、前記第１の磁石体及び第２の磁石体の磁場強度を、前記第１あるいは第２の磁石体からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記収納空間に至り、前記収納空間からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記第２あるいは第１の磁石体に至るものに設定した攪拌装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解炉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウムスクラップ等を溶解し、アルミニウムをインゴットにして製品化することが行われている。この際、インゴットの品質を均一化するためには、溶解炉中のアルミニウムを十分に撹拌する必要がある。このため、撹拌棒を溶解炉中に入れて、熔解アルミニウムを人為的に撹拌したり、あるいは、炉底下に電気駆動式の撹拌装置を設置し、この装置により熔解アルミニウムの撹拌を行っていた。
【０００３】
さらには、特許文献１に示すように、溶解炉にバイパス（連通路）を設け、このバイパス中の溶湯を電磁力で駆動することにより、溶解炉中の溶湯を攪拌するものもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７７６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の特許文献１のものは、溶解炉にバイパスを設けるものであるため、溶解炉の製造コストが嵩むのが避けられない。また、既存の溶解炉にバイパスを設けるのは理論上可能ではあるが、コストや設置場所等の要因によって、実際上不可能の場合もあり得る。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、低コストで実現可能な溶解炉システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の溶解炉システムは、
側壁と底壁とにより収納空間を有する容器状に形成された、アルミニウムの溶湯を収納する、溶解炉と、
前記溶解炉の前記側壁及び前記底壁のうちの少なくとも一方に対向させた攪拌装置であって、ある軸線の回りの円上に配列された、永久磁石製の、少なくとも１つの第１の磁石体と少なくとも１つの第２の磁石体とを備え、前記第１及び第２の磁石体は前記軸線の回りに回転駆動する駆動機構を備え、前記第１の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁化され、前記第２の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＳ極及びＮ極となるように磁化され、前記円上に前記第１の磁石体と前記第２の磁石体が交互に配置され、前記第１の磁石体及び第２の磁石体の磁場強度を、前記第１あるいは第２の磁石体からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記収納空間に至り、前記収納空間からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記第２あるいは第１の磁石体に至るものに設定した、攪拌装置と、
を備えるものとして構成される。
【発明の効果】
【０００８】
低コストで実現可能な溶解炉システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの全体構成の平面説明図。
【図２】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの全体構成の縦断説明図。
【図３】攪拌装置本体の具体的構成の一例を示す、縦断説明図。
【図４】磁石体の配置を示す平面説明図。
【図５】磁石体の構成例を示す斜視図、磁石体を構成する第１、第２の層と、第３の層を示す平面図。
【図６】本発明の実施形態との比較のために示す、基本型磁石体の構成例を示す斜視図、磁石体を構成する第１―第３の層を示す平面図。
【図７】本発明の実施形態の磁石体による得られる磁束強度を、基本型磁石体によるそれとの比較で示す、特性曲線。
【図８】本発明の実施形態から得られる磁力線の分布を示す特性説明図。
【図９】図８において、基点からの距離による、溶解炉中の溶湯に加えられる電磁力の大きさを示す特性曲線。
【図１０】図８において、基点（溶解炉の側壁の外表面上の１点）からの距離と磁束密度との関係を示す特性曲線。
【図１１】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの変形例の全体構成を示す、平面説明図。
【図１２】本発明によるアルミニウム溶解炉システムのさらに異なる変形例の全体構成を示す、平面説明図。
【図１３】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの別の変形例の全体構成を示す、縦断説明図。
【図１４】図１３の例における平面説明図。
【図１５】本発明によるアルミニウム溶解炉システムのさらに別の変形例の全体構成を示す、縦断説明図。
【図１６】本発明によるアルミニウム溶解炉システムのさらに別の変形例の全体構成を示す、縦断説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１及び図２は、本発明に係る溶解炉システム１００の全体構成の平面説明図及び縦断説明図である。この溶解炉システム１００は、溶解炉１０２と攪拌装置１０１とを有するものとして構成される。攪拌装置１０１は、この実施形態においては、特に図２から分かるように、溶解炉１０２に隣接して立設状態に設けられている。
【００１１】
前記溶解炉１０２としては、公知のものを採用することもできる。即ち、この溶解炉１０２は、投入されたアルミニウムスクラップを各種のバーナー（図示せず）で加熱して溶解し、溶湯１０３とするものとして構成されている。さらには、溶解炉１０２として本発明とは関係無しに既に設置されたものを、あとから本発明の実施形態の一部として用いることもできる。つまり、既設の溶解炉に、前記攪拌装置１０１を付設することにより、本発明の溶解炉システム１００とすることができる。
【００１２】
この溶解炉１０２の４つの側壁のうちの１つの側壁の外側に、特に図２からわかるように、前記攪拌装置１０１が設けられている。
【００１３】
なお、図１では、溶解炉１０２の側壁を全て同じ厚さＷｔのものとして構成しているが、攪拌装置１０１と向かい合う側壁だけを、必要に応じて、薄く構成することもできる。例えば、攪拌装置１０１と向かい合う側壁のみを２５mmとし、それ以外の側壁を５０mmとすることができる。
【００１４】
この攪拌装置１０１は、内部の攪拌装置本体１０１Ａと、それを収納するケース１０１Ｂとを有する。このケース１０１Ｂは、後述のように、外側の３側面を磁気シールドするものである。
即ち、ケース１０１Ｂは、図１から分かるように、第１−第４の側面部１１１−１１４、底面部１１５、上面部１１６を有する。溶解炉本体１０２に向かい合う第１の側面部１１１は非磁性材で構成され、それ以外の３つの第２―第４の側面部１１２−１１４、底面部１１５、上面部１１６は磁性材あるいは強磁性材で構成されている。これにより、攪拌装置本体１０１Ａは、１つの側面のみが磁気的に解放され、それ以外の３つの側面が磁気シールドされていることになる。よって、後述するところからも分かるように、攪拌装置本体１０１Ａから射出する／に戻る磁力線は前記第１の側面部１１１のみを通過して外部に／外部から出射／入射されることになる。なお、前記第１の側面部１１１を省略し、解放状態のものとして構成することもできる。
【００１５】
この攪拌装置本体１０１Ａとしては、各種の構成のものを採用できる。例えば、図３に記載のものを用いることができる。この図３に記載のものは、本発明の発明者の先の発明、特許出願にかかるものである（特開２００６−１７７６１２号公報）。ただし、攪拌装置本体１０１Ａの磁石体１１は、後述する図３（ａ）―（ｃ）の構成を有し、本発明に独自のものである。また、図面上、視覚的には、各部分の寸法の比率は多少変えてある。
【００１６】
上記攪拌装置本体１０１Ａは、概略的には、ほぼ垂直な軸線の回りに複数の磁石体１１，１１，……を配置し、それらの磁石体１１を前記軸線の回りに回転させるようにしたものである。これにより、磁石体１１から出てアルミニウムの溶湯１０３を通過している磁力線（磁場）が回転する。これにより、磁力線がアルミニウムの溶湯１０３中を移動して、電磁力が生じる。この電磁力により、溶湯１０３を強制的に図１の矢印Ａに沿って左回りに流動させるものである。なお、その際に熱が発生するが、その熱を空冷する機構を備えるものとして構成されている。
【００１７】
なお、図１において、外側がＮ極とされている磁石体１１を第1の磁石体１１Ａと呼び、外側がＳ極とされている磁石体１１を第２の磁石体１１Ｂと呼ぶ。
【００１８】
より詳しくは、前記攪拌装置本体１０１Ａは以下のように構成されている。
【００１９】
即ち、図３において、ステンレス等の非磁性部材製のケースとしての外筒１は上蓋２を備えている。この外筒１の内部には回転磁石体４がほぼ垂直な軸線Ｌのまわりに回転可能に軸支されている。つまり、外筒１の底面内側には下側軸受５が取り付けられている。また、上蓋２の外面には上側軸受６が取り付けられている。一方、これらの軸受５，６に軸支される前記回転磁石体４は、上下に隔てた上支持板としての上鏡板８と下支持板としての下鏡板９を有し、これらの間に、４本の永久磁石の磁石体１１，１１，……が固定されている。前記磁石体１１については追って詳しく説明するが、複数の磁石を独自の態様で組み合わせたものとして構成したものである。
【００２０】
これらの磁石体１１の数は４に限定されるものではなく、その他の任意の複数、例えば、６等にすることもできる。
【００２１】
上鏡板８を取り除いた説明図としての図４からわかるように、これらの磁石体１１，１１，……はほぼ９０°間隔で配置されている。各磁石体１１は、内側と外側がＮ，Ｓの磁極となるように磁化されたものである。これらの磁石体１１，１１，……は、９０°おきに、極性が逆となるように配置されている。これにより、図４に示すように、磁力線ＭＬが走ることになる。つまり、ある磁力線ＭＬはある水平面内に含まれるが、図１の設置状態にあっては、ある磁石体１１からある水平面に沿って射出し、水平溶解炉１０２中の溶湯を貫通し、その後その水平面に沿って前記磁石体１１に戻るように入射する。
【００２２】
つまり、図２を参照していえば、ある磁石体１１からのある磁力線ＭＬは、その磁石体１１から水平に出て、溶解炉１０２の炉壁を貫通し、溶湯１０３中を走った後、再び炉壁を貫通して、最終的に磁石体１１に戻るように、構成されている。
【００２３】
さらに、前記上及び下鏡板８，９には、これを回転させるための上下の回転軸としての上中空シャフト１３、下中空シャフト１４が貫通状態に固定されている。つまり、上中空シャフト１３は、上蓋２の送風用の開口２ｂを貫通している。これらの上及び下中空シャフト１３，１４が、前記上及び下側軸受６，５に回転可能に軸受けされている。
【００２４】
前記上蓋２上にはこの回転磁石体４を回転駆動するための駆動モータ１５が固定されている。このモータ１５の駆動軸１５ａには駆動側スプロケット１６が取り付けられ、前記上中空シャフト１３には従動側スプロケット１７が取り付けられている。これらの一対のスプロケット１５，１６間には動力伝達用のチエーン１８が巻き掛けられている。これにより、前記駆動モータ１５の駆動力によって、回転磁石体４が回転させられる。
【００２５】
さらに前記上蓋２上にはブロワー１９が取り付けられている。このブロワー１９の吐出口１９ａは前記上中空シャフト１３に、カップリング２２を介して、連通状態に固定されている。このカップリング２２は、図中下側の回転する中空シャフト１３と、図中上側のブロワー１９の静止状態の吐出口１９ａとを、連通状態に支持している。これにより、ブロワー１９からの風は、磁石体１１，１１，……の間を横向きに通り抜けると共に、下鏡板９に穿けた通風孔９ａ，９ａ，……及び下中空シャフト１４を下向きに流れる。さらに、これらの風は、上向きに流れを変え、上蓋２に穿けた排風孔２ａ，２ａ，……及び排風チューブ２０，２０，……から外気に放出する。このような流れの過程において電磁力（渦電流）に基づいて外筒１に発生する熱が冷却されることとなる。なお、外筒１は、耐熱樹脂で構成することもできる。この場合には、ジュール熱による自己発熱はしないが、ブロワー１９による冷却は、溶湯等からの輻射熱の冷却に有効に作用することになる。
【００２６】
なお、攪拌装置本体１０１Ａは、必ずしも以上に説明した上記の構造と全く同じ構造を採る必要はない。しかしながら、前記回転磁石体４を回転可能とすることは最小限必要である。
【００２７】
このような構成の攪拌装置本体１０１Ａの高さと前記溶解炉１０２の深さの関係について述べれば以下の通りである。
【００２８】
図２に、前記攪拌装置本体１０１Ａの高さ、特に磁石体１１の高さＨ１と、溶解炉１０２中の溶湯１０３の深さＤ１と、の関係が、示される。つまり、磁石体１１の高さＨ１と、溶解炉１０２中の溶湯１０３の深さＤ１とを、ほぼ等しくすることが、エネルギー効率から考えられる。なお、図２は、攪拌装置本体１０１Ａを、その要部がわかるように要部のみを概略的に表示した図である。
【００２９】
次に、図５（ａ）―（ｃ）を参照しながら、図１の攪拌装置本体１０１Ａで用いた前記磁石体１１の構成について説明する。この図５の磁石体１１は、図２からわかるように、立てて使用していた磁石体１１を横に倒した状態で示される。
【００３０】
この図５（ａ）から分かるように、この磁石体１１は、縦ｌ、横ｗ、高さｔのディメン ジョンを有している。この磁石体１１は、この図５から分かるように、厚さ方向に複数の層を有するものとして構成される。図５（ａ）においては、第１乃至第３の３つの磁石体磁石体層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３を有している。前記第１乃至第３の磁石体層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３は、それぞれ永久磁石としての複数の第１単位磁石１１ａ、第２単位磁石１１ｂ、第３単位磁石１１ｃのうちの２種類のものをある規則に沿ってあるＸＹ平面に沿って配列したものとして構成される。
【００３１】
つまり、これらの第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、同じ厚さを持ち、上面側がＮ極に磁化され、下面側がＳ極に磁化されている。ただし、それらの長さあるいは幅は、図５（ｂ）、（ｃ）から分かるように、異なる。つまり、仮に第１単位磁石１１ａが基本の磁石と考える。そして、第２単位磁石１１ｂは、前記第１単位磁石１１ａの長さを半分としたものであり、第３単位磁石１１ｃは第１単位磁石１１ａの幅を半分としたものである。それ以外の点においては、前記３つの第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃほぼ同じ磁石として構成される。
【００３２】
このような、第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうちの第１単位磁石１１ａと第２単位磁石１１ｂで構成される前記第１及び第３の磁石体層ｌｙ１、ｌｙ３の平面図は図５（ｂ）に示され、第２の磁石体層ｌｙ２の平面図は図５（ｃ）に示される。
【００３３】
図５（ｂ）に示される第１の磁石体層ｌｙ１（及び第３の磁石体層ｌｙ３）は、長さ方向の中央部に位置する４つの第１単位磁石１１ａと、長さ方向両端に位置する４つの第２単位磁石１１ｂを備えている。
【００３４】
また、図５（ｃ）に示される第２の磁石体層ｌｙ２は、幅方向の中央部に縦に並んで位置する３つの第１単位磁石１１ａと、幅方向両側に位置する６つの第３単位磁石１１ｃとを備えている。
【００３５】
このような第１乃至第３の単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、ＸＹいずれの方向に隣り合う場合にあっても、第１単位磁石１１ａ同士の間、第２単位磁石１１ｂ同士の間、第３単位磁石１１ｃ同士の間、第１単位磁石１１ａと第２単位磁石１１ｂの間、及び第１単位磁石１１ａと第３単位磁石１１ｃとの間には、同極同士による互いに反発する磁力が働くのは避けられない。つまり、前記第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうちの隣り合う単位磁石間においては、上面側においてはＮ極同士が対向し、下面側においてはＳ極同士が横方向に対向しているからである。このことから、図５（ａ）―（ｃ）からわかるように、論理的には、ＸＹいずれの方向に隣り合う単位磁石間にも空隙Ｇが存するのが避けられない。この空隙Ｇは、各単位磁石の大きさにもよるが、例えば、１−２mmとなる。
【００３６】
而して、前記磁石体１１は、前記第１の磁石体層（第１タイプの磁石体層）ｌｙ１、第２の磁石体層（第２タイプの磁石体層）ｌｙ２、第３の磁石体層（第１タイプの磁石体層）ｌｙ３が厚さ方向に順次積層されたものとして構成される。しかしながら、特に図５（ｂ），（ｃ）に示される２つの層ｌｙ１（ｌｙ３）とｌｙ２を重ねることにより分かるように、前記空隙Ｇの位相が、上下に並ぶ第１と第２の層ｌｙ１、ｌｙ２、第２と第３の層ｌｙ２、ｌｙ３で、互いにずれており、３つの層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の空隙Ｇが上下に位相が揃った状態に重なり合うことはない。上下の層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の空隙Ｇが上下に揃った状態で重なり合わないことにより、これら３層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３における単位磁石が上下に強固に磁力的に吸引し合って、１つの一体の磁石体１１を構成することになる。つまり、特に、図５（ａ）からわかるように、上下３層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３のうちの重なり合う２つの層の一方の層におけるある１つの単位磁石は、他方の層の複数の単位磁石に直接的に接触し合う。これは、重なり合う２つの層における全ての単位磁石同士についていえる。これにより、上下に重なり合う全ての単位磁石同士が互いに強力に吸引しあって、１つの磁石体１１として一体化することになる。
【００３７】
より詳しくは、例えば、第１の層ｌｙ１と第２の層ｌｙ２との重なりについてみる。図５（ｂ）の第１の層ｌｙ１の第１単位磁石１１ａ（１１）は、図５（ｃ）の第２の層ｌｙ２の第３単位磁石１１ｃ（２１）、１１ｃ（２２）と第１単位磁石１１ａ（２１）、１１ａ（２２）ｂの４つの単位磁石と、直接的に重なり合って、磁気的に吸引し合っている。これは他の単位磁石についても同様である。よって、３つの層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の各単位磁石は強固に吸引し合い、その配列状態が強く維持され、一体化することとなる。
【００３８】
而して、層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の１層だけを見ると、縦横に並ぶ各単位磁石が磁気的に反発し合って離れようとする。つまり、空隙Ｇを生じさせ、且つこれを大きくしようとする。しかし、上述のように、上下に並ぶ層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３における単位磁石同士が直接上下に強く吸引し合っている。このため、３つの層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３を１つのまとまりとして見ると、各層における全ての単位磁石が、各層毎の互いに離反しようとする反発力に打ち勝って、強固に一体化される。
【００３９】
これにより、上述のように都合３層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３により、強固な一体型の磁石体１１が構成されることになる。
【００４０】
なお、図５（ａ）―（ｃ）に示す、第１−第３タイプの磁石体層１１Ａ−１１ｃの構成は次のように見ることもできる。
【００４１】
前記第１タイプの磁石体層ｌｙ１，ｌｙ３及び前記第２タイプの磁石体層ｌｙ２は、それぞれ、ＸＹＺ方向にそれぞれある値を採る単位磁石１１ａ―１１ｃの複数を備える。
【００４２】
前記第１タイプの磁石体層ｌｙ１，ｌｙ３を、前記第１タイプの磁石体層ｌｙ１，ｌｙ３のＸＹ面における中心ＣＴ１を第１座標中心とみたてて、前記第１座標中心の回りの４象限にそれぞれ１つずつ都合４つの前記単位磁石１１ａを配し、且つ、前記４つの単位磁石１１ａのそれぞれにＸＹ方向に連続的に隣り合うようにさらに別の前記複数の単位磁石１１ｂを配することにより、構成する。
【００４３】
前記第２タイプの磁石体層ｌｙ２を、前記第２タイプの磁石体層ｌｙ２のＸＹ面における中心ＣＴ２を第２座標中心とみたてて、前記第２座標中心に、１つの前記単位磁石１１ａ（２１）をその中心が重なるように配し、且つ、前記１つの単位磁石１１ａ（２１）にＸＹ方向に連続的に隣り合うように前記複数の単位磁石１１ａ、１１ｃを配することにより、構成する。
【００４４】
前記磁石体１１を上記のように構成したので、強力な磁場を発生させることができる。
【００４５】
このことを、本発明者が先に用いていた図６（ａ）、（ｂ）に示す基本型磁石体２１と比較しながら説明する。
【００４６】
まず、比較のための基本型磁石体２１について説明する。図６（ｂ）からわかるように、この基本型磁石体２１は、図５（ｂ）に示される３種類の単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうちの１種類としての単位磁石１１ａのみを複数を用いたものである。つまり、単位磁石１１ａ、１１ａ、……をＸＹ方向に６個並べたものとして、各層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０が構成される。各層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０において、これらの単位磁石１１ａ、１１ａ、……の間には、前述と同様の空隙Ｇ０が存在している。而して、これらの層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０を図６（ａ）のように積み重ねることにより、基本型磁石体２１が構成される。
【００４７】
この基本型磁石体２１においては、各層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０の空隙Ｇ０の位相が揃っている。例えば、一番下の第１層ｌｙ１０とその上の第２の層ｌｙ２０についてみる。第１層ｌｙ１０のある単位磁石１１ａ（１１）は、これと上下に重なり合う、第２層ｌｙ２０の単位磁石１１ａ（２１）とのみ重なり合って互いに磁力で引き合っている。しかし、第１層ｌｙ１０中のある単位磁石１１ａ（１１）は、第２層ｌｙ２０の単位磁石１１ａ（２１）とは重なり合うが、第２層ｌｙ２０におけるそれ以外のいずれの単位磁石１１ａとも重なり合わない。このため、図６（ａ）から分かるように、上下に重なり合う３つの単位磁石１１ａ、１１ａ、……はひとかたまりとなり複合単位磁石２１１とはなるものの、これらの複合単位磁石２１１、２１１、・・・同士は互いに磁気的に反発し合うのみであり、互いには引き合わない。このため、図６（ａ）における基本型磁石体２１においては、前記空隙Ｇ０はさらに広がる傾向にあり、一体型の磁石としては機能し得ない。言い換えれば、前記空隙Ｇ０が磁石としてのパーミアンス（動作点）を下げて、磁束が遠くへ飛ぶのを妨げている。つまり、基本型磁石体２１は一体型の磁石とはなり得ず、これからは強い磁場は発生し得ない。
【００４８】
これに対し、図５（ａ）―（ｃ）の磁石体１１においても、各層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３において、単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃ間に空隙Ｇは存在するのは避けられない。しかしながら、前述のように、各層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３中の各単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃは上下に積み重なった層の位相のずれた単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃと直接的に接し、互いに磁気力により吸引しあって一体となっている。これにより、あたかも、空隙Ｇが存在しない一体型の磁石、つまり、初めから一体型の磁石と同等の高いパーミアンス（動作点）が得られる磁石と同等に機能するものとなった。これにより、図５（ａ）―（ｃ）に示す磁石体１１からは、より遠くまで磁力線を飛ばすことが可能となった。つまり、図１からわかるように、溶解炉１０２の壁厚Ｗｔの炉壁を十分貫通する強度の磁場を得ることができる。
【００４９】
図７は、本発明者が、図５の磁石体１１による効果を調べるために行った実験結果を示す特性図である。本実験においては、図５の磁石体１１と図６の基本型磁石体２１の両方の特性を採った。この特性図は、磁石体１１を用いた攪拌装置１０１と、基本型磁石体２１を用いた攪拌装置（図示せず）を、実際に図１、図２の如くに設置して、磁束分布（磁束の到達距離）を測定したものである。磁束分布曲線ＭＦＤ１は図５の磁石体１１を用いた際のものであり、磁束分布曲線ＭＦＤ２は図６の磁石体２１を用いた際のものである。
【００５０】
図７の磁束分布曲線ＭＦＤ１によって、図５の磁石体１１を用いた場合には、溶解炉１０２中の溶湯１０３を攪拌するのに必要な強度及び距離の磁束分布が得られることが分かる。図７の磁束分布曲線ＭＦＤ１、Ｄ２にける底の部分のＷｔは、前述のように、溶解炉１０２の炉壁の壁厚に対応する、攪拌に寄与しない部分を示す。よって、各磁束分布曲線のうち、Ｌ０及びＬ１の部分が、溶解炉１０２中の溶湯１０３を攪拌する力として用いられることになる。
【００５１】
この図７の磁束分布曲線ＭＦＤ１，２からわかるように、図５の磁石体１１によれば図６の基本型磁石体２１よりも一段と大きな磁場が得られることが分かった。この理由は、前記したことから解析される。つまり、磁石体１１では全ての単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃが一体に集合しているのに対し、基本型磁石体２１では単位磁石１１ａ、１１ａ、……が３つずつの複合単位磁石２１１、２１１、・・・とはなるものの、それらの複合単位磁石２１１同士は反発し合うだけで、互いには引き合わないからである、と考えられる。
【００５２】
図８は図１の要部を示す説明図である。この図８は回転する攪拌装置本体１０１Ａの１瞬間を捕らえたものである。この瞬間においては、磁束ＭＦが図示のように表される。図中、Ｌｅは磁束ＭＦが届く、磁石体１１の表面からの最遠距離を示す。図１０は、溶解炉１０２の外表面からの距離（磁石体１１の表面からの距離と実質的に等しい）Ｌと、その地点における磁束密度Φとの関係を示すグラフである。而して、図８において、攪拌装置本体１０１Ａを回転させると、図１０の磁束密度との関係から、図９に示すように、溶解炉１０２の内壁面ＩＳからの距離に応じて、速度曲線Ｆｍ＆Ｖに示される速度で、溶解炉１０２内の溶湯１０３が図１の矢印Ａのように攪拌される。
【００５３】
図１１は、図１の溶解炉システム１００の変形例である。この図１１は、攪拌装置１０１を２つ用いた例を示す。攪拌装置１０１は３以上の任意の数を採用することができる。また、複数の攪拌装置１０１は、溶解炉１０２の周囲の任意の位置に設置することができる。
【００５４】
図１２は、同じく図１の溶解炉システム１００の変形例である。この図１２では、溶解炉１０２として、円筒形のものを用いている。
【００５５】
図１３は、攪拌装置１０１を、溶解炉１０２の底の外部下方に設けた例を示す。図１４は図１３の平面説明図である。つまり、例えば、設置すべき地面に穴Ｈを掘り、この穴Ｈ１内に攪拌装置１０１を横向きの横臥状態に設置し、この上に、溶解炉１０２を設置している。この攪拌装置１０１における攪拌装置本体１０１Ａの回転によって、溶湯１０３は図１３に示すように、水平な軸線の回りに、矢印で示す向きに、回転駆動させられる。
【００５６】
図１５は、攪拌装置１０１を溶解炉１０２の外側に横向きに設置した例を示す。
【００５７】
図１６は、図１３のシステムにさらに２つ目の攪拌装置１０１を付加した例を示す。
【００５８】
図１溶解炉システム１００において、攪拌装置１０１の攪拌装置本体１０１Ａが回転すると、特に図８からわかるように、磁力線ＭＬが溶解炉本体１０２内のアルミニウムの溶湯１０３中をある水平面に沿って移動する。これにより生じる電磁力によって、溶解炉１０２中の溶湯１０３が図１の矢印Ａに示すように循環し、攪拌される。
而して、この攪拌装置１０１においては、図３に示すように、ブロワー１９からの風を内部に強制的に送り込むようにしている。これにより、磁石体１１，１１、・・・の回転に伴い渦電流により外筒１に発生するジュール熱は、上記ブロワー１９からの風によって冷却されることとなる。
【００５９】
さらに、上述の実施形態では、回転磁石体４として、上下２枚の鏡板８，９の間に４本の永久磁石の磁石体１１，１１……を立てた状態に固定した例を示したが、この構造に限るものでないのは明らかである。即ち、図４に示すように又はそれに準じて磁力線が発生するような構造の磁石構造物であればよい。
【００６０】
以上に説明した本発明の実施形態によれば、以下の通りの利点が得られる。
【００６１】
即ち、本発明の実施形態によれば、連通路を設ける必要がないので、イニシャルコストを抑えることができる。且つ、連通路を有しないため、溶解炉を構造的に堅固なものとして構成することができ、溶湯の漏れ等が生じるおそれもなく、安全面でも優れたものとできる。さらに、連通路のメンテナンスも当然必要なく、ランニングコストを抑えることもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 溶解炉システム
１０１ 攪拌装置
１０１Ａ 攪拌装置本体
１０１Ｂ ケース
１０２ 溶解炉
１０３ 溶湯
１１ 磁石体
１１Ａ 第１の磁石体
１１Ｂ 第２の磁石体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 単位磁石
Ｇ、Ｇ０ 空隙
ｌｙ１−ｌｙ３ 磁石体層
ｌｙ１，ｌｙ３ 第１タイプの磁石体層
ｌｙ２ 第２タイプの磁石体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解炉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウムスクラップ等を溶解し、アルミニウムをインゴットにして製品化することが行われている。この際、インゴットの品質を均一化するためには、溶解炉中のアルミニウムを十分に撹拌する必要がある。このため、撹拌棒を溶解炉中に入れて、熔解アルミニウムを人為的に撹拌したり、あるいは、炉底下に電気駆動式の撹拌装置を設置し、この装置により熔解アルミニウムの撹拌を行っていた。
【０００３】
さらには、特許文献１に示すように、溶解炉にバイパス（連通路）を設け、このバイパス中の溶湯を電磁力で駆動することにより、溶解炉中の溶湯を攪拌するものもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７７６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の特許文献１のものは、溶解炉にバイパスを設けるものであるため、溶解炉の製造コストが嵩むのが避けられない。また、既存の溶解炉にバイパスを設けるのは理論上可能ではあるが、コストや設置場所等の要因によって、実際上不可能の場合もあり得る。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、低コストで実現可能な溶解炉システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の溶解炉システムは、
側壁と底壁とにより収納空間を有する容器状に形成された、アルミニウムの溶湯を収納する、溶解炉と、
前記溶解炉の前記側壁及び前記底壁のうちの少なくとも一方に対向させた攪拌装置であって、ある軸線の回りの円上に配列された、永久磁石製の、少なくとも１つの第１の磁石体と少なくとも１つの第２の磁石体とを備え、前記第１及び第２の磁石体は前記軸線の回りに回転駆動する駆動機構を備え、前記第１の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁化され、前記第２の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＳ極及びＮ極となるように磁化され、前記円上に前記第１の磁石体と前記第２の磁石体が交互に配置され、前記第１の磁石体及び第２の磁石体の磁場強度を、前記第１あるいは第２の磁石体からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記収納空間に至り、前記収納空間からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記第２あるいは第１の磁石体に至るものに設定した、攪拌装置と、
を備えるものとして構成される。
【発明の効果】
【０００８】
低コストで実現可能な溶解炉システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの全体構成の平面説明図。
【図２】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの全体構成の縦断説明図。
【図３】攪拌装置本体の具体的構成の一例を示す、縦断説明図。
【図４】磁石体の配置を示す平面説明図。
【図５】磁石体の構成例を示す斜視図、磁石体を構成する第１、第２の層と、第３の層を示す平面図。
【図６】本発明の実施形態との比較のために示す、基本型磁石体の構成例を示す斜視図、磁石体を構成する第１―第３の層を示す平面図。
【図７】本発明の実施形態の磁石体による得られる磁束強度を、基本型磁石体によるそれとの比較で示す、特性曲線。
【図８】本発明の実施形態から得られる磁力線の分布を示す特性説明図。
【図９】図８において、基点からの距離による、溶解炉中の溶湯に加えられる電磁力の大きさを示す特性曲線。
【図１０】図８において、基点（溶解炉の側壁の外表面上の１点）からの距離と磁束密度との関係を示す特性曲線。
【図１１】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの変形例の全体構成を示す、平面説明図。
【図１２】本発明によるアルミニウム溶解炉システムのさらに異なる変形例の全体構成を示す、平面説明図。
【図１３】本発明によるアルミニウム溶解炉システムの別の変形例の全体構成を示す、縦断説明図。
【図１４】図１３の例における平面説明図。
【図１５】本発明によるアルミニウム溶解炉システムのさらに別の変形例の全体構成を示す、縦断説明図。
【図１６】本発明によるアルミニウム溶解炉システムのさらに別の変形例の全体構成を示す、縦断説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１及び図２は、本発明に係る溶解炉システム１００の全体構成の平面説明図及び縦断説明図である。この溶解炉システム１００は、溶解炉１０２と攪拌装置１０１とを有するものとして構成される。攪拌装置１０１は、この実施形態においては、特に図２から分かるように、溶解炉１０２に隣接して立設状態に設けられている。
【００１１】
前記溶解炉１０２としては、公知のものを採用することもできる。即ち、この溶解炉１０２は、投入されたアルミニウムスクラップを各種のバーナー（図示せず）で加熱して溶解し、溶湯１０３とするものとして構成されている。さらには、溶解炉１０２として本発明とは関係無しに既に設置されたものを、あとから本発明の実施形態の一部として用いることもできる。つまり、既設の溶解炉に、前記攪拌装置１０１を付設することにより、本発明の溶解炉システム１００とすることができる。
【００１２】
この溶解炉１０２の４つの側壁のうちの１つの側壁の外側に、特に図２からわかるように、前記攪拌装置１０１が設けられている。
【００１３】
なお、図１では、溶解炉１０２の側壁を全て同じ厚さＷｔのものとして構成しているが、攪拌装置１０１と向かい合う側壁だけを、必要に応じて、薄く構成することもできる。例えば、攪拌装置１０１と向かい合う側壁のみを２５mmとし、それ以外の側壁を５０mmとすることができる。
【００１４】
この攪拌装置１０１は、内部の攪拌装置本体１０１Ａと、それを収納するケース１０１Ｂとを有する。このケース１０１Ｂは、後述のように、外側の３側面を磁気シールドするものである。
即ち、ケース１０１Ｂは、図１から分かるように、第１−第４の側面部１１１−１１４、底面部１１５、上面部１１６を有する。溶解炉本体１０２に向かい合う第１の側面部１１１は非磁性材で構成され、それ以外の３つの第２―第４の側面部１１２−１１４、底面部１１５、上面部１１６は磁性材あるいは強磁性材で構成されている。これにより、攪拌装置本体１０１Ａは、１つの側面のみが磁気的に解放され、それ以外の３つの側面が磁気シールドされていることになる。よって、後述するところからも分かるように、攪拌装置本体１０１Ａから射出する／に戻る磁力線は前記第１の側面部１１１のみを通過して外部に／外部から出射／入射されることになる。なお、前記第１の側面部１１１を省略し、解放状態のものとして構成することもできる。
【００１５】
この攪拌装置本体１０１Ａとしては、各種の構成のものを採用できる。例えば、図３に記載のものを用いることができる。この図３に記載のものは、本発明の発明者の先の発明、特許出願にかかるものである（特開２００６−１７７６１２号公報）。ただし、攪拌装置本体１０１Ａの磁石体１１は、後述する図３（ａ）―（ｃ）の構成を有し、本発明に独自のものである。また、図面上、視覚的には、各部分の寸法の比率は多少変えてある。
【００１６】
上記攪拌装置本体１０１Ａは、概略的には、ほぼ垂直な軸線の回りに複数の磁石体１１，１１，……を配置し、それらの磁石体１１を前記軸線の回りに回転させるようにしたものである。これにより、磁石体１１から出てアルミニウムの溶湯１０３を通過している磁力線（磁場）が回転する。これにより、磁力線がアルミニウムの溶湯１０３中を移動して、電磁力が生じる。この電磁力により、溶湯１０３を強制的に図１の矢印Ａに沿って左回りに流動させるものである。なお、その際に熱が発生するが、その熱を空冷する機構を備えるものとして構成されている。
【００１７】
なお、図１において、外側がＮ極とされている磁石体１１を第1の磁石体１１Ａと呼び、外側がＳ極とされている磁石体１１を第２の磁石体１１Ｂと呼ぶ。
【００１８】
より詳しくは、前記攪拌装置本体１０１Ａは以下のように構成されている。
【００１９】
即ち、図３において、ステンレス等の非磁性部材製のケースとしての外筒１は上蓋２を備えている。この外筒１の内部には回転磁石体４がほぼ垂直な軸線Ｌのまわりに回転可能に軸支されている。つまり、外筒１の底面内側には下側軸受５が取り付けられている。また、上蓋２の外面には上側軸受６が取り付けられている。一方、これらの軸受５，６に軸支される前記回転磁石体４は、上下に隔てた上支持板としての上鏡板８と下支持板としての下鏡板９を有し、これらの間に、４本の永久磁石の磁石体１１，１１，……が固定されている。前記磁石体１１については追って詳しく説明するが、複数の磁石を独自の態様で組み合わせたものとして構成したものである。
【００２０】
これらの磁石体１１の数は４に限定されるものではなく、その他の任意の複数、例えば、６等にすることもできる。
【００２１】
上鏡板８を取り除いた説明図としての図４からわかるように、これらの磁石体１１，１１，……はほぼ９０°間隔で配置されている。各磁石体１１は、内側と外側がＮ，Ｓの磁極となるように磁化されたものである。これらの磁石体１１，１１，……は、９０°おきに、極性が逆となるように配置されている。これにより、図４に示すように、磁力線ＭＬが走ることになる。つまり、ある磁力線ＭＬはある水平面内に含まれるが、図１の設置状態にあっては、ある磁石体１１からある水平面に沿って射出し、水平溶解炉１０２中の溶湯を貫通し、その後その水平面に沿って前記磁石体１１に戻るように入射する。
【００２２】
つまり、図２を参照していえば、ある磁石体１１からのある磁力線ＭＬは、その磁石体１１から水平に出て、溶解炉１０２の炉壁を貫通し、溶湯１０３中を走った後、再び炉壁を貫通して、最終的に磁石体１１に戻るように、構成されている。
【００２３】
さらに、前記上及び下鏡板８，９には、これを回転させるための上下の回転軸としての上中空シャフト１３、下中空シャフト１４が貫通状態に固定されている。つまり、上中空シャフト１３は、上蓋２の送風用の開口２ｂを貫通している。これらの上及び下中空シャフト１３，１４が、前記上及び下側軸受６，５に回転可能に軸受けされている。
【００２４】
前記上蓋２上にはこの回転磁石体４を回転駆動するための駆動モータ１５が固定されている。このモータ１５の駆動軸１５ａには駆動側スプロケット１６が取り付けられ、前記上中空シャフト１３には従動側スプロケット１７が取り付けられている。これらの一対のスプロケット１５，１６間には動力伝達用のチエーン１８が巻き掛けられている。これにより、前記駆動モータ１５の駆動力によって、回転磁石体４が回転させられる。
【００２５】
さらに前記上蓋２上にはブロワー１９が取り付けられている。このブロワー１９の吐出口１９ａは前記上中空シャフト１３に、カップリング２２を介して、連通状態に固定されている。このカップリング２２は、図中下側の回転する中空シャフト１３と、図中上側のブロワー１９の静止状態の吐出口１９ａとを、連通状態に支持している。これにより、ブロワー１９からの風は、磁石体１１，１１，……の間を横向きに通り抜けると共に、下鏡板９に穿けた通風孔９ａ，９ａ，……及び下中空シャフト１４を下向きに流れる。さらに、これらの風は、上向きに流れを変え、上蓋２に穿けた排風孔２ａ，２ａ，……及び排風チューブ２０，２０，……から外気に放出する。このような流れの過程において電磁力（渦電流）に基づいて外筒１に発生する熱が冷却されることとなる。なお、外筒１は、耐熱樹脂で構成することもできる。この場合には、ジュール熱による自己発熱はしないが、ブロワー１９による冷却は、溶湯等からの輻射熱の冷却に有効に作用することになる。
【００２６】
なお、攪拌装置本体１０１Ａは、必ずしも以上に説明した上記の構造と全く同じ構造を採る必要はない。しかしながら、前記回転磁石体４を回転可能とすることは最小限必要である。
【００２７】
このような構成の攪拌装置本体１０１Ａの高さと前記溶解炉１０２の深さの関係について述べれば以下の通りである。
【００２８】
図２に、前記攪拌装置本体１０１Ａの高さ、特に磁石体１１の高さＨ１と、溶解炉１０２中の溶湯１０３の深さＤ１と、の関係が、示される。つまり、磁石体１１の高さＨ１と、溶解炉１０２中の溶湯１０３の深さＤ１とを、ほぼ等しくすることが、エネルギー効率から考えられる。なお、図２は、攪拌装置本体１０１Ａを、その要部がわかるように要部のみを概略的に表示した図である。
【００２９】
次に、図５（ａ）―（ｃ）を参照しながら、図１の攪拌装置本体１０１Ａで用いた前記磁石体１１の構成について説明する。この図５の磁石体１１は、図２からわかるように、立てて使用していた磁石体１１を横に倒した状態で示される。
【００３０】
この図５（ａ）から分かるように、この磁石体１１は、縦ｌ、横ｗ、高さｔのディメン ジョンを有している。この磁石体１１は、この図５から分かるように、厚さ方向に複数の層を有するものとして構成される。図５（ａ）においては、第１乃至第３の３つの磁石体磁石体層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３を有している。前記第１乃至第３の磁石体層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３は、それぞれ永久磁石としての複数の第１単位磁石１１ａ、第２単位磁石１１ｂ、第３単位磁石１１ｃのうちの２種類のものをある規則に沿ってあるＸＹ平面に沿って配列したものとして構成される。
【００３１】
つまり、これらの第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、同じ厚さを持ち、上面側がＮ極に磁化され、下面側がＳ極に磁化されている。ただし、それらの長さあるいは幅は、図５（ｂ）、（ｃ）から分かるように、異なる。つまり、仮に第１単位磁石１１ａが基本の磁石と考える。そして、第２単位磁石１１ｂは、前記第１単位磁石１１ａの長さを半分としたものであり、第３単位磁石１１ｃは第１単位磁石１１ａの幅を半分としたものである。それ以外の点においては、前記３つの第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃほぼ同じ磁石として構成される。
【００３２】
このような、第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうちの第１単位磁石１１ａと第２単位磁石１１ｂで構成される前記第１及び第３の磁石体層ｌｙ１、ｌｙ３の平面図は図５（ｂ）に示され、第２の磁石体層ｌｙ２の平面図は図５（ｃ）に示される。
【００３３】
図５（ｂ）に示される第１の磁石体層ｌｙ１（及び第３の磁石体層ｌｙ３）は、長さ方向の中央部に位置する４つの第１単位磁石１１ａと、長さ方向両端に位置する４つの第２単位磁石１１ｂを備えている。
【００３４】
また、図５（ｃ）に示される第２の磁石体層ｌｙ２は、幅方向の中央部に縦に並んで位置する３つの第１単位磁石１１ａと、幅方向両側に位置する６つの第３単位磁石１１ｃとを備えている。
【００３５】
このような第１乃至第３の単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、ＸＹいずれの方向に隣り合う場合にあっても、第１単位磁石１１ａ同士の間、第２単位磁石１１ｂ同士の間、第３単位磁石１１ｃ同士の間、第１単位磁石１１ａと第２単位磁石１１ｂの間、及び第１単位磁石１１ａと第３単位磁石１１ｃとの間には、同極同士による互いに反発する磁力が働くのは避けられない。つまり、前記第１乃至第３単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうちの隣り合う単位磁石間においては、上面側においてはＮ極同士が対向し、下面側においてはＳ極同士が横方向に対向しているからである。このことから、図５（ａ）―（ｃ）からわかるように、論理的には、ＸＹいずれの方向に隣り合う単位磁石間にも空隙Ｇが存するのが避けられない。この空隙Ｇは、各単位磁石の大きさにもよるが、例えば、１−２mmとなる。
【００３６】
而して、前記磁石体１１は、前記第１の磁石体層（第１タイプの磁石体層）ｌｙ１、第２の磁石体層（第２タイプの磁石体層）ｌｙ２、第３の磁石体層（第１タイプの磁石体層）ｌｙ３が厚さ方向に順次積層されたものとして構成される。しかしながら、特に図５（ｂ），（ｃ）に示される２つの層ｌｙ１（ｌｙ３）とｌｙ２を重ねることにより分かるように、前記空隙Ｇの位相が、上下に並ぶ第１と第２の層ｌｙ１、ｌｙ２、第２と第３の層ｌｙ２、ｌｙ３で、互いにずれており、３つの層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の空隙Ｇが上下に位相が揃った状態に重なり合うことはない。上下の層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の空隙Ｇが上下に揃った状態で重なり合わないことにより、これら３層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３における単位磁石が上下に強固に磁力的に吸引し合って、１つの一体の磁石体１１を構成することになる。つまり、特に、図５（ａ）からわかるように、上下３層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３のうちの重なり合う２つの層の一方の層におけるある１つの単位磁石は、他方の層の複数の単位磁石に直接的に接触し合う。これは、重なり合う２つの層における全ての単位磁石同士についていえる。これにより、上下に重なり合う全ての単位磁石同士が互いに強力に吸引しあって、１つの磁石体１１として一体化することになる。
【００３７】
より詳しくは、例えば、第１の層ｌｙ１と第２の層ｌｙ２との重なりについてみる。図５（ｂ）の第１の層ｌｙ１の第１単位磁石１１ａ（１１）は、図５（ｃ）の第２の層ｌｙ２の第３単位磁石１１ｃ（２１）、１１ｃ（２２）と第１単位磁石１１ａ（２１）、１１ａ（２２）ｂの４つの単位磁石と、直接的に重なり合って、磁気的に吸引し合っている。これは他の単位磁石についても同様である。よって、３つの層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の各単位磁石は強固に吸引し合い、その配列状態が強く維持され、一体化することとなる。
【００３８】
而して、層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３の１層だけを見ると、縦横に並ぶ各単位磁石が磁気的に反発し合って離れようとする。つまり、空隙Ｇを生じさせ、且つこれを大きくしようとする。しかし、上述のように、上下に並ぶ層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３における単位磁石同士が直接上下に強く吸引し合っている。このため、３つの層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３を１つのまとまりとして見ると、各層における全ての単位磁石が、各層毎の互いに離反しようとする反発力に打ち勝って、強固に一体化される。
【００３９】
これにより、上述のように都合３層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３により、強固な一体型の磁石体１１が構成されることになる。
【００４０】
なお、図５（ａ）―（ｃ）に示す、第１−第３タイプの磁石体層１１Ａ−１１ｃの構成は次のように見ることもできる。
【００４１】
前記第１タイプの磁石体層ｌｙ１，ｌｙ３及び前記第２タイプの磁石体層ｌｙ２は、それぞれ、ＸＹＺ方向にそれぞれある値を採る単位磁石１１ａ―１１ｃの複数を備える。
【００４２】
前記第１タイプの磁石体層ｌｙ１，ｌｙ３を、前記第１タイプの磁石体層ｌｙ１，ｌｙ３のＸＹ面における中心ＣＴ１を第１座標中心とみたてて、前記第１座標中心の回りの４象限にそれぞれ１つずつ都合４つの前記単位磁石１１ａを配し、且つ、前記４つの単位磁石１１ａのそれぞれにＸＹ方向に連続的に隣り合うようにさらに別の前記複数の単位磁石１１ｂを配することにより、構成する。
【００４３】
前記第２タイプの磁石体層ｌｙ２を、前記第２タイプの磁石体層ｌｙ２のＸＹ面における中心ＣＴ２を第２座標中心とみたてて、前記第２座標中心に、１つの前記単位磁石１１ａ（２１）をその中心が重なるように配し、且つ、前記１つの単位磁石１１ａ（２１）にＸＹ方向に連続的に隣り合うように前記複数の単位磁石１１ａ、１１ｃを配することにより、構成する。
【００４４】
前記磁石体１１を上記のように構成したので、強力な磁場を発生させることができる。
【００４５】
このことを、本発明者が先に用いていた図６（ａ）、（ｂ）に示す基本型磁石体２１と比較しながら説明する。
【００４６】
まず、比較のための基本型磁石体２１について説明する。図６（ｂ）からわかるように、この基本型磁石体２１は、図５（ｂ）に示される３種類の単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうちの１種類としての単位磁石１１ａのみを複数を用いたものである。つまり、単位磁石１１ａ、１１ａ、……をＸＹ方向に６個並べたものとして、各層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０が構成される。各層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０において、これらの単位磁石１１ａ、１１ａ、……の間には、前述と同様の空隙Ｇ０が存在している。而して、これらの層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０を図６（ａ）のように積み重ねることにより、基本型磁石体２１が構成される。
【００４７】
この基本型磁石体２１においては、各層ｌｙ１０、ｌｙ２０、ｌｙ３０の空隙Ｇ０の位相が揃っている。例えば、一番下の第１層ｌｙ１０とその上の第２の層ｌｙ２０についてみる。第１層ｌｙ１０のある単位磁石１１ａ（１１）は、これと上下に重なり合う、第２層ｌｙ２０の単位磁石１１ａ（２１）とのみ重なり合って互いに磁力で引き合っている。しかし、第１層ｌｙ１０中のある単位磁石１１ａ（１１）は、第２層ｌｙ２０の単位磁石１１ａ（２１）とは重なり合うが、第２層ｌｙ２０におけるそれ以外のいずれの単位磁石１１ａとも重なり合わない。このため、図６（ａ）から分かるように、上下に重なり合う３つの単位磁石１１ａ、１１ａ、……はひとかたまりとなり複合単位磁石２１１とはなるものの、これらの複合単位磁石２１１、２１１、・・・同士は互いに磁気的に反発し合うのみであり、互いには引き合わない。このため、図６（ａ）における基本型磁石体２１においては、前記空隙Ｇ０はさらに広がる傾向にあり、一体型の磁石としては機能し得ない。言い換えれば、前記空隙Ｇ０が磁石としてのパーミアンス（動作点）を下げて、磁束が遠くへ飛ぶのを妨げている。つまり、基本型磁石体２１は一体型の磁石とはなり得ず、これからは強い磁場は発生し得ない。
【００４８】
これに対し、図５（ａ）―（ｃ）の磁石体１１においても、各層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３において、単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃ間に空隙Ｇは存在するのは避けられない。しかしながら、前述のように、各層ｌｙ１、ｌｙ２、ｌｙ３中の各単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃは上下に積み重なった層の位相のずれた単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃと直接的に接し、互いに磁気力により吸引しあって一体となっている。これにより、あたかも、空隙Ｇが存在しない一体型の磁石、つまり、初めから一体型の磁石と同等の高いパーミアンス（動作点）が得られる磁石と同等に機能するものとなった。これにより、図５（ａ）―（ｃ）に示す磁石体１１からは、より遠くまで磁力線を飛ばすことが可能となった。つまり、図１からわかるように、溶解炉１０２の壁厚Ｗｔの炉壁を十分貫通する強度の磁場を得ることができる。
【００４９】
図７は、本発明者が、図５の磁石体１１による効果を調べるために行った実験結果を示す特性図である。本実験においては、図５の磁石体１１と図６の基本型磁石体２１の両方の特性を採った。この特性図は、磁石体１１を用いた攪拌装置１０１と、基本型磁石体２１を用いた攪拌装置（図示せず）を、実際に図１、図２の如くに設置して、磁束分布（磁束の到達距離）を測定したものである。磁束分布曲線ＭＦＤ１は図５の磁石体１１を用いた際のものであり、磁束分布曲線ＭＦＤ２は図６の磁石体２１を用いた際のものである。
【００５０】
図７の磁束分布曲線ＭＦＤ１によって、図５の磁石体１１を用いた場合には、溶解炉１０２中の溶湯１０３を攪拌するのに必要な強度及び距離の磁束分布が得られることが分かる。図７の磁束分布曲線ＭＦＤ１、Ｄ２にける底の部分のＷｔは、前述のように、溶解炉１０２の炉壁の壁厚に対応する、攪拌に寄与しない部分を示す。よって、各磁束分布曲線のうち、Ｌ０及びＬ１の部分が、溶解炉１０２中の溶湯１０３を攪拌する力として用いられることになる。
【００５１】
この図７の磁束分布曲線ＭＦＤ１，２からわかるように、図５の磁石体１１によれば図６の基本型磁石体２１よりも一段と大きな磁場が得られることが分かった。この理由は、前記したことから解析される。つまり、磁石体１１では全ての単位磁石１１ａ、１１ｂ、１１ｃが一体に集合しているのに対し、基本型磁石体２１では単位磁石１１ａ、１１ａ、……が３つずつの複合単位磁石２１１、２１１、・・・とはなるものの、それらの複合単位磁石２１１同士は反発し合うだけで、互いには引き合わないからである、と考えられる。
【００５２】
図８は図１の要部を示す説明図である。この図８は回転する攪拌装置本体１０１Ａの１瞬間を捕らえたものである。この瞬間においては、磁束ＭＦが図示のように表される。図中、Ｌｅは磁束ＭＦが届く、磁石体１１の表面からの最遠距離を示す。図１０は、溶解炉１０２の外表面からの距離（磁石体１１の表面からの距離と実質的に等しい）Ｌと、その地点における磁束密度Φとの関係を示すグラフである。而して、図８において、攪拌装置本体１０１Ａを回転させると、図１０の磁束密度との関係から、図９に示すように、溶解炉１０２の内壁面ＩＳからの距離に応じて、速度曲線Ｆｍ＆Ｖに示される速度で、溶解炉１０２内の溶湯１０３が図１の矢印Ａのように攪拌される。
【００５３】
図１１は、図１の溶解炉システム１００の変形例である。この図１１は、攪拌装置１０１を２つ用いた例を示す。攪拌装置１０１は３以上の任意の数を採用することができる。また、複数の攪拌装置１０１は、溶解炉１０２の周囲の任意の位置に設置することができる。
【００５４】
図１２は、同じく図１の溶解炉システム１００の変形例である。この図１２では、溶解炉１０２として、円筒形のものを用いている。
【００５５】
図１３は、攪拌装置１０１を、溶解炉１０２の底の外部下方に設けた例を示す。図１４は図１３の平面説明図である。つまり、例えば、設置すべき地面に穴Ｈを掘り、この穴Ｈ１内に攪拌装置１０１を横向きの横臥状態に設置し、この上に、溶解炉１０２を設置している。この攪拌装置１０１における攪拌装置本体１０１Ａの回転によって、溶湯１０３は図１３に示すように、水平な軸線の回りに、矢印で示す向きに、回転駆動させられる。
【００５６】
図１５は、攪拌装置１０１を溶解炉１０２の外側に横向きに設置した例を示す。
【００５７】
図１６は、図１３のシステムにさらに２つ目の攪拌装置１０１を付加した例を示す。
【００５８】
図１溶解炉システム１００において、攪拌装置１０１の攪拌装置本体１０１Ａが回転すると、特に図８からわかるように、磁力線ＭＬが溶解炉本体１０２内のアルミニウムの溶湯１０３中をある水平面に沿って移動する。これにより生じる電磁力によって、溶解炉１０２中の溶湯１０３が図１の矢印Ａに示すように循環し、攪拌される。
而して、この攪拌装置１０１においては、図３に示すように、ブロワー１９からの風を内部に強制的に送り込むようにしている。これにより、磁石体１１，１１、・・・の回転に伴い渦電流により外筒１に発生するジュール熱は、上記ブロワー１９からの風によって冷却されることとなる。
【００５９】
さらに、上述の実施形態では、回転磁石体４として、上下２枚の鏡板８，９の間に４本の永久磁石の磁石体１１，１１……を立てた状態に固定した例を示したが、この構造に限るものでないのは明らかである。即ち、図４に示すように又はそれに準じて磁力線が発生するような構造の磁石構造物であればよい。
【００６０】
以上に説明した本発明の実施形態によれば、以下の通りの利点が得られる。
【００６１】
即ち、本発明の実施形態によれば、連通路を設ける必要がないので、イニシャルコストを抑えることができる。且つ、連通路を有しないため、溶解炉を構造的に堅固なものとして構成することができ、溶湯の漏れ等が生じるおそれもなく、安全面でも優れたものとできる。さらに、連通路のメンテナンスも当然必要なく、ランニングコストを抑えることもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１００ 溶解炉システム
１０１ 攪拌装置
１０１Ａ 攪拌装置本体
１０１Ｂ ケース
１０２ 溶解炉
１０３ 溶湯
１１ 磁石体
１１Ａ 第１の磁石体
１１Ｂ 第２の磁石体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 単位磁石
Ｇ、Ｇ０ 空隙
ｌｙ１−ｌｙ３ 磁石体層
ｌｙ１，ｌｙ３ 第１タイプの磁石体層
ｌｙ２ 第２タイプの磁石体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁と底壁とにより収納空間を有する容器状に形成された、アルミニウムの溶湯を収納する、溶解炉と、
前記溶解炉の前記側壁及び前記底壁のうちの少なくとも一方に対向させた攪拌装置であって、ある軸線の回りに配列された、永久磁石製の、少なくとも１つの第１の磁石体と少なくとも１つの第２の磁石体とを備え、前記第１及び第２の磁石体を前記軸線の回りに回転駆動する駆動機構を備え、前記第１の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁化され、前記第２の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＳ極及びＮ極となるように磁化され、前記第１の磁石体と前記第２の磁石体は前記軸線の回りに交互に配置され、前記第１の磁石体及び第２の磁石体の磁場強度を、前記第１あるいは第２の磁石体からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記収納空間に至り、前記収納空間からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記第２あるいは第１の磁石体に至るものに設定した、攪拌装置と、
を備えることを特徴とする溶解炉システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の磁石体は、それぞれ、一面側がＮ極に磁化され他面側がＳ極に磁化された少なくとも１つの第1タイプの磁石体層と、一面側がＮ極に磁化され他面側がＳ極に磁化された少なくとも１つの第２タイプの磁石体層と、を積層したものとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶解炉システム。
【請求項３】
前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層は、それぞれ、一面側がＮ極に磁化され他面側がＳ極に磁化された複数の単位磁石をある面に沿ってマトリクス状に配列したものとして構成され、前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層のいずれも、前記ある面に沿って隣り合う前記単位磁石間に作用する同極同士の反発に伴う空隙を備え、前記前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層は、前記第１タイプの磁石体層の前記空隙と前記第２タイプの磁石体層の前記空隙が重なり合わないように位相をずらした状態で積層されている、ことを特徴とする請求項２に記載の溶解炉システム。
【請求項４】
前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層のうちの一方における単位磁石は、他方における複数の単位磁石と直接的に同時に重なり合って、互いに磁力により吸引し合い、前記第１の磁石体あるいは前記第２の磁石体を構成する、ことを特徴とする請求項３に記載の溶解炉システム。
【請求項５】
前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層は、それぞれ、ＸＹＺ方向にそれぞれある値を採る単位磁石の複数を備え、
前記第１タイプの磁石体層を、前記第１タイプの磁石体層のＸＹ面における中心を第１座標中心とみたてて、前記第１座標中心の回りの４象限にそれぞれ１つずつ都合４つの前記単位磁石を配し、且つ、前記４つの単位磁石のそれぞれにＸＹ方向に連続的に隣り合うようにさらに別の前記複数の単位磁石を配することにより、構成し、
前記第２タイプの磁石体層を、前記第２タイプの磁石体層のＸＹ面における中心を第２座標中心とみたてて、前記第２座標中心に、１つの前記単位磁石をその中心が重なるように配し、且つ、前記１つの単位磁石にＸＹ方向に連続的に隣り合うように前記複数の単位磁石を配することにより、構成した、
ことを特徴とする請求項２乃至４請求項に記載の溶解炉システム。
【請求項６】
前記単位磁石として、ＸＹＺ方向にある大きさの第１単位磁石と、前記第１単位磁石のＸ方向に半分の寸法の第２単位磁石と、Ｙ方向に半分の寸法の第３単位磁石を用いた、ことを特徴とする請求項５に記載の溶解炉システム。
【請求項７】
前記攪拌装置は、前記攪拌装置を磁気シールド状態に収納するケースを備え、少なくとも前記ケースのうちの前記溶解炉と対向する面は非シールド面として構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の溶解炉システム。
【請求項８】
前記攪拌装置は、前記溶解炉のある側壁に、立設状態に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の溶解炉システム。
【請求項９】
前記攪拌装置は、前記溶解炉の側壁の周囲に複数設けられていることを特徴とする請求項８に記載の溶解炉システム。
【請求項１０】
前記攪拌装置は、前記溶解炉の底壁の外部下側に対向させて、横臥状態に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の溶解炉システム。
【請求項１１】
前記溶解炉のある側壁に対向させて、横臥状態に設けられた攪拌装置をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１０に記載の溶解炉システム。
【請求項１２】
前記攪拌装置は冷却機構を備えている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の溶解炉システム。
【請求項１】
側壁と底壁とにより収納空間を有する容器状に形成された、アルミニウムの溶湯を収納する、溶解炉と、
前記溶解炉の前記側壁及び前記底壁のうちの少なくとも一方に対向させた攪拌装置であって、ある軸線の回りに配列された、永久磁石製の、少なくとも１つの第１の磁石体と少なくとも１つの第２の磁石体とを備え、前記第１及び第２の磁石体を前記軸線の回りに回転駆動する駆動機構を備え、前記第１の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＮ極及びＳ極となるように磁化され、前記第２の磁石体は外周面側及び内周面側がそれぞれＳ極及びＮ極となるように磁化され、前記第１の磁石体と前記第２の磁石体は前記軸線の回りに交互に配置され、前記第１の磁石体及び第２の磁石体の磁場強度を、前記第１あるいは第２の磁石体からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記収納空間に至り、前記収納空間からの磁力線が前記側壁あるいは前記底壁を貫通して前記第２あるいは第１の磁石体に至るものに設定した、攪拌装置と、
を備えることを特徴とする溶解炉システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の磁石体は、それぞれ、一面側がＮ極に磁化され他面側がＳ極に磁化された少なくとも１つの第1タイプの磁石体層と、一面側がＮ極に磁化され他面側がＳ極に磁化された少なくとも１つの第２タイプの磁石体層と、を積層したものとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶解炉システム。
【請求項３】
前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層は、それぞれ、一面側がＮ極に磁化され他面側がＳ極に磁化された複数の単位磁石をある面に沿ってマトリクス状に配列したものとして構成され、前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層のいずれも、前記ある面に沿って隣り合う前記単位磁石間に作用する同極同士の反発に伴う空隙を備え、前記前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層は、前記第１タイプの磁石体層の前記空隙と前記第２タイプの磁石体層の前記空隙が重なり合わないように位相をずらした状態で積層されている、ことを特徴とする請求項２に記載の溶解炉システム。
【請求項４】
前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層のうちの一方における単位磁石は、他方における複数の単位磁石と直接的に同時に重なり合って、互いに磁力により吸引し合い、前記第１の磁石体あるいは前記第２の磁石体を構成する、ことを特徴とする請求項３に記載の溶解炉システム。
【請求項５】
前記第１タイプの磁石体層及び前記第２タイプの磁石体層は、それぞれ、ＸＹＺ方向にそれぞれある値を採る単位磁石の複数を備え、
前記第１タイプの磁石体層を、前記第１タイプの磁石体層のＸＹ面における中心を第１座標中心とみたてて、前記第１座標中心の回りの４象限にそれぞれ１つずつ都合４つの前記単位磁石を配し、且つ、前記４つの単位磁石のそれぞれにＸＹ方向に連続的に隣り合うようにさらに別の前記複数の単位磁石を配することにより、構成し、
前記第２タイプの磁石体層を、前記第２タイプの磁石体層のＸＹ面における中心を第２座標中心とみたてて、前記第２座標中心に、１つの前記単位磁石をその中心が重なるように配し、且つ、前記１つの単位磁石にＸＹ方向に連続的に隣り合うように前記複数の単位磁石を配することにより、構成した、
ことを特徴とする請求項２乃至４請求項に記載の溶解炉システム。
【請求項６】
前記単位磁石として、ＸＹＺ方向にある大きさの第１単位磁石と、前記第１単位磁石のＸ方向に半分の寸法の第２単位磁石と、Ｙ方向に半分の寸法の第３単位磁石を用いた、ことを特徴とする請求項５に記載の溶解炉システム。
【請求項７】
前記攪拌装置は、前記攪拌装置を磁気シールド状態に収納するケースを備え、少なくとも前記ケースのうちの前記溶解炉と対向する面は非シールド面として構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の溶解炉システム。
【請求項８】
前記攪拌装置は、前記溶解炉のある側壁に、立設状態に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の溶解炉システム。
【請求項９】
前記攪拌装置は、前記溶解炉の側壁の周囲に複数設けられていることを特徴とする請求項８に記載の溶解炉システム。
【請求項１０】
前記攪拌装置は、前記溶解炉の底壁の外部下側に対向させて、横臥状態に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の溶解炉システム。
【請求項１１】
前記溶解炉のある側壁に対向させて、横臥状態に設けられた攪拌装置をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１０に記載の溶解炉システム。
【請求項１２】
前記攪拌装置は冷却機構を備えている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１に記載の溶解炉システム。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１０６６８９（Ｐ２０１１−１０６６８９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９０５１（Ｐ２００９−２５９０５１）
【出願日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（５９３０５９２２３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【出願人】（５９３０５９２２３）
【Ｆターム（参考）】
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