非鉄金属用溶解炉及び非鉄金属の溶解方法
【課題】溶湯を循環させるための装置が場所を取らず、しかも投入した非鉄金属を沈めるための装置も場所を取らない非鉄金属用溶解炉及び非鉄金属の溶解方法を提供する。
【解決手段】溶湯を加熱する溶解室３１を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に投入された非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉３０であって、溶解室３１において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極３３と、溶解室３１の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、一対の電極３３間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石３４と、を備え、溶湯に推力を与えるとともに、さらに一対の電極３３に接続され、一対の電極３３間を流れる電流を脈流とする整流器３５を備える。
【解決手段】溶湯を加熱する溶解室３１を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に投入された非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉３０であって、溶解室３１において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極３３と、溶解室３１の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、一対の電極３３間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石３４と、を備え、溶湯に推力を与えるとともに、さらに一対の電極３３に接続され、一対の電極３３間を流れる電流を脈流とする整流器３５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、各種鋳造製品の製造に使用すべく溶解するための非鉄金属用溶解炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金等の非鉄金属を一旦溶解することで各種鋳造製品が製造されており、石油などの化石燃料を用いたバーナからの放射火炎によって溶湯を加熱し非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８７１６４６号公報
【０００４】
特許文献１に記載の発明に係る非鉄金属用溶解炉は、図７及び図８に示すように、溶解室１１内の溶湯をバーナ１２の火炎放射によって加熱し、溶湯内に投入された非鉄金属を溶解する。また、ポンプ等の循環装置１３によって溶湯を非鉄金属用溶解炉１０内で循環させることで、非鉄金属を溶解し易くし、溶解時間の短縮を図っている。
【０００５】
しかし、バーナ１２を用いた非鉄金属用溶解炉１０では、輻射、又は熱伝導率の小さい空気を介した間接的な加熱であるので、熱効率が悪いといった問題がある。
このため、より高温で溶湯を加熱することが考えられるが、高温にすることで溶湯内に酸化物が生成され易くなり、品質が低下してしまうという問題が新たに発生する。
また、高温で加熱しなくても、非鉄金属は空気を多く含んでいる酸化物によって既にその表面が覆われていることが多いので、非鉄金属を溶湯に投入しても沈み難い。その結果、非鉄金属が溶解し難いので、機械的に非鉄金属を溶湯内に押し込まなければならないといった問題もある。
【０００６】
その改善策の一つとして電気ヒーターを利用した非鉄金属用溶解炉があり、本出願人は、それに関して既に特許出願を行っている（特願２００８−２６６８９２）。
この非鉄金属用溶解炉は、図９及び図１０に示すように、浸漬管に入れられた電気ヒーター２２が加熱室２１の溶湯に浸漬されており、空気を介さず電気ヒーター２２で溶湯を加熱する。つまり、電気ヒーター２２で発生した熱を効率よく溶湯に伝えることができるので、必要以上に電気ヒーター２２の温度を上げることがなく、酸化物が生成され難い。
したがって、この非鉄金属用溶解炉２０は、体積に対し表面積が大きく酸化物が生成され易い微細な非鉄金属を溶解することに適している。
【０００７】
また、溶湯を漏斗状の渦巻き部２４にポンプ２３で供給することで、溶湯が渦巻き部２４を上から下へ流れるときに渦巻き部２４内で渦を発生させるとともに、溶湯を非鉄金属用溶解炉２０内で循環させている。この渦巻き部２４内の渦によって、投入された非鉄金属は速やかに溶湯中に分散するので、非鉄金属を溶解し易くするために、機械的に非鉄金属を溶湯内に押し込まなくてよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の非鉄金属用溶解炉１０，２０はいずれも、溶湯を非鉄金属用溶解炉１０，２０内で循環させるために、大型の循環装置１３，２３が必要であり、この循環装置１３，２３が場所を取ってしまうといった問題がある。
また、非鉄金属を溶湯に沈めるために、非鉄金属を機械的に溶湯に押し込む装置や、渦巻き部２４が必要で、それらも循環装置１３，２３と同様に場所を取ってしまうとともに溶湯中に空気を巻き込んでしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的とするところは、溶湯を循環させるための装置が場所を取らず、しかも投入した非鉄金属を沈めるための装置も場所を取らない非鉄金属用溶解炉及び非鉄金属の溶解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、溶湯を加熱する溶解室（３１）を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に投入された非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉（３０）であって、前記溶解室（３１）において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極（３３）と、前記溶解室（３１）の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、前記一対の電極（３３）間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石（３４）と、を備え、前記溶湯に推力を与えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記一対の電極（３３）に接続され、前記一対の電極（３３）間を流れる電流を脈流とする整流器（３５）を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記電極（３３）の下端を露出させた状態で、電極（３３）の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を、溶湯からの侵食を防止する保護材（３６）で覆うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記電極（３３）の下端を細く形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記磁石（３４）の上下位置を調節可能にする位置調節機構（３７）を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記溶解室（３１）の略中央部に炉床（３０ａ）から溶湯の表面より上方に露出する柱体（３１ａ）を立設して前記溶解室（３１）に一つの周回する流路（３１ｂ）とするとともに、前記流路（３１ｂ）の幅方向両端に前記一対の電極（３３）を配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の非鉄金属の溶解方法は、溶湯を加熱する溶解室（３１）を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に非鉄金属を投入する非鉄金属用溶解炉（３０）における非鉄金属の溶解方法であって、前記溶解室（３１）において溶湯に浸漬され、左右に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極（３３）間に電流を流すことで前記一対の電極（３３）を発熱させて溶湯を加熱させ、溶湯内の非鉄金属を加熱するとともに、前記溶解室（３１）の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置された磁石（３４）で、前記一対の電極（３３）間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力を前後方向に作用させることで溶湯を循環させることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に記載の非鉄金属の溶解方法は、前記一対の電極（３３）間を流れる電流を脈流として、溶湯を微小振動させることによって非鉄金属に付着している気体を非鉄金属から遊離させ、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくするとともに非鉄金属を沈み易くしたことを特徴とする。
【００１８】
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、溶解室において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極と、溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石と、を備えるので、電流と磁界とが交差する箇所にフレミングの左手の法則による電磁力が発生し、溶湯に推力が与えられる。
そして、一対の電極は、それらの間を流れる電流によって自ら発熱し、溶湯に熱を与える。
つまり、溶湯を循環させるための装置は、溶解室内にあり熱源を兼ねた電極、及び溶解室の上方又は下方に配置された磁石であるので、場所を取らない。よって、これとは別個の循環装置が必要であっても、電極と磁石により溶湯に推力が与えられているので、従来よりも小型の循環装置で十分であり、場所を取らない。
さらに、電極間を流れる電流が大きくかつ磁石の磁束密度が高ければ、発生する電磁力が大きくなり、電磁力のみで溶湯を循環させることができるので、電極及び磁石以外の循環装置は必要なく、スペースの節約となる。
【００２０】
また、請求項２に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、一対の電極に接続され、一対の電極間を流れる電流を脈流とする整流器を備えるので、電流を流すことで溶湯を微小振動させることができる。これにより、非鉄金属に付着した空気を非鉄金属から遊離させることができるので、非鉄金属の沈殿が促進される。また、非鉄金属同士が絡み合って沈み難い場合であっても、微小振動によってその絡み合いが解けるので、非鉄金属が沈み易くなる。したがって、非鉄金属を効率よく溶解することができるので、溶解速度が上がる。
また、非鉄金属が沈んだとしても、溶湯中の非鉄金属の表面に空気が残存する場合があるが、溶湯の微小振動によってその残存空気も非鉄金属から遊離させることができるので、非鉄金属表面には熱伝導率の小さい空気がほとんど残らず、その結果、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくすることができる。
さらに、微小振動によって溶湯内に溶け込んだ空気も溶湯から除去できるので、溶湯の熱伝導率も大きくすることができる。
ここで、非鉄金属を溶湯に沈めるために従来用いていた装置（例えば渦巻き部）よりも整流器は小型あり、しかも電極は熱源と循環装置を兼ねているので、溶湯に投入した非鉄金属を沈めるための装置である整流器及び電極は場所を取らない。
【００２１】
また、請求項３に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、電極の下端を露出させているので、主に電極の下端間に電流が流れ、電極間の電流密度が上がる。よって、単位面積あたりの電磁力が大きくなるので、溶湯循環の効率がよい。
また、電極の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を保護材で覆うので、電極の大部分を溶湯による侵食から保護できる。
【００２２】
また、請求項４に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、電極の下端を細く形成したので、電極の下端での電流密度が上がり、この部分における発熱量が大きくなる。つまり、直接溶湯に触れている部分の発熱量が大きくなるので、熱効率がよい。
【００２３】
また、請求項５に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１乃至４に記載の発明の作用効果に加え、磁石の上下位置を調節可能にする位置調節機構を備えるので、電流と交差する箇所の磁束密度を独立して調節することができる。つまり、電流に作用する部分の磁束密度を高くしたいときには磁石を電流から遠ざけることができ、電流に作用する部分の磁束密度を低くしたいときには磁石を電流に近づけることができる。このように、溶湯に作用する電磁力の強さを調整できるので、溶湯温度制御と独立して溶湯の循環速度を制御可能である。
【００２４】
また、請求項６に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１乃至５に記載の発明の作用効果に加え、溶解室の略中央部に炉床から溶湯の表面より上方に露出する柱体を立設して溶解室に一つの周回する流路とするとともに、流路の幅方向両端に一対の電極を配置したので、流路に沿った大きな流れを作ることができる。よって、溶解室内で溶湯の淀む部分が発生し難いので、溶湯の品質が均一になる。
【００２５】
また、請求項７に記載の非鉄金属の溶解方法によれば、溶解室において溶湯に浸漬され、左右に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極間に電流を流すことで一対の電極を発熱させて溶湯を加熱させ、溶湯内の非鉄金属を加熱するとともに、溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置された磁石で、一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力が前後方向に作用させることで循環させるので、場所を取らずに非鉄金属を循環させることができる。つまり、電極によって溶湯を加熱し、さらにその電極と磁石によって溶湯を循環させているので、スペースの節約になる。
【００２６】
また、請求項８に記載の非鉄金属の溶解方法によれば、請求項７に記載の発明の作用効果に加え、一対の電極間を流れる電流を脈流として、溶湯を微小振動させることによって非鉄金属に付着している気体を非鉄金属から遊離させ、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくするとともに非鉄金属を沈み易くしたので、場所を取らずに非鉄金属を溶湯に沈めることができる。すなわち、溶湯に投入した非鉄金属を沈めるための装置である電極は熱源と循環装置を兼ねているので、非鉄金属を溶湯に沈めるために場所を取るものではない。
【００２７】
なお、ここでいう非鉄金属とは固体の非鉄金属を、溶湯とは非鉄金属が溶解したものをそれぞれ意味する。
ここで、上述した特許文献１には循環装置が記載されているが、本発明の非鉄金属用溶解炉のように、その循環装置が一対の電極と磁石である点は全く記載されていないし、フレミングの左手の法則による電磁力を作用させる非鉄金属の溶解方法についても記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図７】従来例に係る非鉄金属用溶解炉を示す平面図である。
【図８】図７に示す非鉄金属用溶解炉の正面図である。
【図９】他の従来例に係る非鉄金属用溶解炉を示す平面図である。
【図１０】他の従来例に係る非鉄金属用溶解炉を示す、図９のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉３０及び非鉄金属の溶解方法を説明する。
本実施形態に係る非鉄金属用溶解炉３０は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、ダイカスト鋳造等の鋳造製品を製造するために溶解するものである。
この非鉄金属用溶解炉３０は、溶湯を溜める室として溶解室３１と、保持室３２とを備え、溶解室３１に主に電極３３と、磁石３４と、整流器３５と、を有する。
【００３０】
溶解室３１は、溶湯を加熱する室であって、溶湯に投入された非鉄金属（インゴットや切粉）が溶湯の熱によって溶解される。
溶解室３１の略中央部には、炉床３０ａから溶湯の表面より上方に露出する柱体３１ａを立設しており、溶解室３１に一つの周回する流路３１ｂとしている。
【００３１】
保持室３２は、溶解室３１と隣接し、堰３８によって隔てられている。そして、溶解室３１の容量を超えた溶湯が、フィルター３９で濾過され堰３８をオーバーフローして保持室３２に供給される。
【００３２】
電極３３は、少なくとも一対（ここでは二対）、水平方向にそれぞれ所定間隔を開けて対向するように溶解室３１において溶湯に浸漬される。詳しくは、図１及び図２に示すように、一方の一対の電極３３ａ，３３ｂが流路３１ｂの所定位置の幅方向両端に配置されている。そして、柱体３１ａに対して一方の電極３３ａ，３３ｂと反対の位置に、他方の一対の電極３３ｃ，３３ｄが流路３１ｂの幅方向両端に配置されている。ここで、いずれも内周側（柱体３１ａ側）の電極３３ｂ，３３ｃを正極とし、外周側の電極３３ａ，３３ｄを負極とした。
なお、電極３３は銅等の金属よりも比抵抗の大きい炭素又は炭素化合物からなる。
【００３３】
また、電極３３の下端を露出させた状態で、電極３３の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を、溶湯からの侵食を防止する保護材３６で覆っている。この保護材３６は窒化珪素等からなり、窒化珪素は電極３３の材質である炭素又は炭素化合物よりも比抵抗及び熱伝導率が大きい。
さらに、保護材３６で覆われていない電極３３の下端を、保護材３６で覆われた部分よりも細く形成した。
そして、電極３３間を流れる電流によって電極３３が発熱し、溶湯に熱を与える熱源となる。
また、溶解室３１の溶湯温度を熱電対（図示しない）と温度調節計（図示しない）でモニタし、その溶湯温度に応じて電極３３間に流れる電流量（すなわち発熱量）を制御し、溶湯温度を所望の温度としている。
また、溶湯にはその他に、接地電極４０も浸漬しており、アースされている。
【００３４】
磁石３４は、電極３３間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせるように、電極３３間の上方の蓋３０ｂに取付けられて配置される。ここでは電極３３が二対あるので、それぞれの電極３３間に磁界を作用させるように磁石３４が二つ配置されている。
また、いずれの磁石３４とも上方をＮ極、下方をＳ極としている。したがって、各電極３３間における磁界の向きは下から上となる。
この磁石３４は永久磁石又は電磁石のいずれであってもよい。
【００３５】
整流器３５は、スイッチング制御ユニット４１を介してそれぞれの電極３３に接続され、それぞれ一対の電極３３間を流れる電流を脈流とする。整流器３５で脈流となった電流は、スイッチング制御ユニット４１によって周波数を０．５〜１００Ｈｚに制御され、また波形、振幅等も制御される。このように制御された電流が各電極３３間を流れる。
また、整流器３５の電源側には、感電防止のために絶縁トランス４２が取付けられている。
なお、このような整流器３５は一般に普及しており、非鉄金属を溶湯に沈めるために従来用いていた渦巻き部２４よりも小型である。
【００３６】
このように構成された非鉄金属用溶解炉３０において、電流を流すことで電極３３が発熱し、溶湯を加熱する。
そして、電極３３間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力を前後方向に作用させることで溶湯が溶解室３１内を循環する。
つまり、一方の一対の電極３３ａ，３３ｂ側においては、図３に示すように、電流は紙面の右から左に流れ、磁界の向きは下から上であるので、フレミングの左手の法則によって電磁力が紙面手前から奥に働く。また、他方の一対の電極３３ｃ，３３ｄ側においては、電流が左から右、磁界は下から上であるので、電磁力が紙面奥から手前に働く。
したがって、溶解室３１全体の溶湯の流れは、図１に示すように時計回りとなる。
【００３７】
また、脈流である電流が流れることで溶湯が微小振動し、非鉄金属に付着している気体が非鉄金属から遊離する。これによって、非鉄金属表面の熱伝達率が大きくなるとともに非鉄金属が溶湯中に沈む。
【００３８】
以上のように構成された非鉄金属用溶解炉３０によれば、電極３３と磁石３４によって溶湯を循環させることができるので、従来のような大型の循環装置１３，２３が不要である。電極３３と磁石３４は従来の循環装置１３，２３よりも小型であることに加え、電極３３は熱源を兼ねており、しかも磁石３４は非鉄金属用溶解炉３０の蓋３０ｂに取付けられているので、溶湯を循環させても電極３３と磁石３４は場所を取るものではない。
【００３９】
また、溶湯を微小振動させているので、非鉄金属に付着した空気を非鉄金属から遊離させることができ、非鉄金属の沈殿が促進される。また、非鉄金属同士が絡み合って沈み難い場合であっても、微小振動によってその絡み合いが解けるので、非鉄金属が沈み易くなる。したがって、非鉄金属を効率よく溶解することができるので、溶解速度が上がる。
また、従来のように渦で巻き込む等して非鉄金属を溶湯内に沈めたとしても、溶湯中の非鉄金属の表面に空気が残存する場合があるが、溶湯の微小振動によってその残存空気も非鉄金属から遊離させることができるので、非鉄金属表面には熱伝導率の小さい空気がほとんど残らず、その結果、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくすることができる。よって、溶解の効率が上がる。
さらに、微小振動によって溶湯内に溶け込んだ空気も溶湯から除去できるので、溶湯の熱伝導率も大きくすることができる。
ここで、非鉄金属を溶湯に沈めるために従来用いていた渦巻き部２４等よりも整流器３５は小型あり、しかも電極３３は熱源と循環装置を兼ねているので、溶湯に投入した非鉄金属を沈めるための装置である整流器３５及び電極３３は場所を取らない。
【００４０】
また、従来の浸漬管等に電極３３を入れることなく、電極３３を直接溶湯に浸漬しているので、熱伝導率の小さい空気や他の固体等を介さず溶湯を加熱することができ、熱効率がよい。なお、電極３３は保護材３６で覆われているが、保護材３６の熱伝導率は電極３３の熱伝導率より大きいので、保護材３６による熱損失は従来の浸漬管による熱損失よりも小さい。
また、電極３３の下端を露出させているので、主に電極３３の下端間に電流が流れ、電極３３間の電流密度が上がる。よって、単位面積あたりの電磁力が大きくなるので、溶湯循環の効率がよい。
【００４１】
また、電極３３の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を保護材３６で覆うので、電極３３の大部分を溶湯による侵食から保護できる。
また、電極３３の下端を細く形成したので、電極３３の下端での電流密度が上がり、この部分における発熱量が大きくなる。つまり、直接溶湯に触れている部分の発熱量が大きくなるので、より熱効率がよい。
【００４２】
さらに、溶解室３１の略中央部に炉床３０ａから溶湯の表面より上方に露出する柱体３１ａを立設して溶解室３１に一つの周回する流路３１ｂとするとともに、流路３１ｂの幅方向両端に一対の電極３３を配置したので、流路３１ｂに沿った大きな流れを作ることができる。よって、溶解室３１内で溶湯の淀む部分が発生し難いので、溶湯の品質が均一になる。
【００４３】
また、堰３８をオーバーフローさせて溶湯を保持室３２に供給しているので、溶解室３１の溶湯の表面の高さをほぼ一定に保つことができる。これにより、電極３３の発熱している部分が常に溶湯に浸漬されることになるので、電極３３の熱を最大限溶湯に与えることができるとともに、保持室３２に溜める溶湯の量を必要最小限にすることができる。
【００４４】
なお、磁石３４を非鉄金属用溶解炉３０の蓋３０ｂに取付けたが、これに限られるものではなく、図４に示すように、溶解室３１の下方に配置してもよい。このとき、ステンレス板４３を炉床３０ａと磁石３４との間に挟む。
また、溶解室３１の上方及び下方のいずれにも磁石３４を配置してもよい。このとき、電極３３間の磁界の向きが一方向になるように上下の磁石３４を配置する必要がある。
【００４５】
また、整流器３５によって電流を脈流としたが、電流を脈流とする手段はこれに限られるものではない。さらに、電流を脈流としなくてもよく、この場合であっても溶湯を溶解室３１内で循環させることは可能である。
また、保護材３６で電極３３の表面を覆ったが、電極３３が対侵食性に優れるものであれば、保護材３６は必要ない。
【００４６】
さらに、電極３３の下端を細く形成したが、これに限られるものではなく、図５に示すように、電極３３の下端も保護材３６で覆われた部分と同じ太さであってもよい。
【００４７】
また、磁石３４を溶解室３１の蓋に固定したが、図６に示すように、炉床３０ａ側に、例えば上裁された磁石３４の上下位置をシリンダ４４ａで調節可能にする位置調節機構４４を備えてもよい。
ここで、磁石３４を降下させて電極３３間に流れる電流から磁石３４を遠ざけると、電流に作用する部分の磁束密度が低くなるので、推力となる電磁力が小さくなり、溶湯の循環速度が下がる。一方、磁石３４を上昇させて電極３３間に流れる電流に磁石３４を近づけると、電流に作用する部分の磁束密度が高くなるので、推力となる電磁力が大きくなり、溶湯の循環速度が上がる。このように位置調節機構４４を備えていれば、溶湯温度制御と独立して溶湯の循環速度を制御可能である。
また、溶解室３１の上方に磁石３４を配置したときであっても、位置調節機構４４を設けてもよい。
【００４８】
また、循環装置として電極３３と磁石３４のみを用いたが、発生する電磁力が溶湯を循環させるための推力として不足していれば、ポンプ等の従来用いていた別個の循環装置を補助的に用いてもよい。この場合、小型のポンプ等で十分であるので、場所を取るものではない。
また、溶解室３１に柱体３１ａを立設したが、これに限られるものではなく、溶解室３１内で溶湯が循環すればよい。
【００４９】
また、非鉄金属用溶解炉３０は溶解室３１と保持室３２とを備えるとしたが、溶湯を加熱する溶解室３１があれば、他の用途の室がいくつあってもよい。
また、電流の向きや磁石３４の向きはこれに限られるものではなく、溶湯が円滑に循環すればよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 非鉄金属用溶解炉
１１ 溶解室
１２ バーナ
１３ 循環装置
２０ 非鉄金属用溶解炉
２１ 加熱室
２２ 電気ヒーター
２３ ポンプ（循環装置）
２４ 渦巻き部
３０ 非鉄金属用溶解炉
３０ａ 炉床
３０ｂ 蓋
３１ 溶解室
３１ａ 柱体
３１ｂ 流路
３２ 保持室
３３ 電極
３３ａ 電極
３３ｂ 電極
３３ｃ 電極
３３ｄ 電極
３４ 磁石
３５ 整流器
３６ 保護材
３７ 位置調節機構
３８ 堰
３９ フィルター
４０ 接地電極
４１ スイッチング制御ユニット
４２ 絶縁トランス
４３ ステンレス板
４４ 位置調節機構
４４ａ シリンダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、各種鋳造製品の製造に使用すべく溶解するための非鉄金属用溶解炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金等の非鉄金属を一旦溶解することで各種鋳造製品が製造されており、石油などの化石燃料を用いたバーナからの放射火炎によって溶湯を加熱し非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８７１６４６号公報
【０００４】
特許文献１に記載の発明に係る非鉄金属用溶解炉は、図７及び図８に示すように、溶解室１１内の溶湯をバーナ１２の火炎放射によって加熱し、溶湯内に投入された非鉄金属を溶解する。また、ポンプ等の循環装置１３によって溶湯を非鉄金属用溶解炉１０内で循環させることで、非鉄金属を溶解し易くし、溶解時間の短縮を図っている。
【０００５】
しかし、バーナ１２を用いた非鉄金属用溶解炉１０では、輻射、又は熱伝導率の小さい空気を介した間接的な加熱であるので、熱効率が悪いといった問題がある。
このため、より高温で溶湯を加熱することが考えられるが、高温にすることで溶湯内に酸化物が生成され易くなり、品質が低下してしまうという問題が新たに発生する。
また、高温で加熱しなくても、非鉄金属は空気を多く含んでいる酸化物によって既にその表面が覆われていることが多いので、非鉄金属を溶湯に投入しても沈み難い。その結果、非鉄金属が溶解し難いので、機械的に非鉄金属を溶湯内に押し込まなければならないといった問題もある。
【０００６】
その改善策の一つとして電気ヒーターを利用した非鉄金属用溶解炉があり、本出願人は、それに関して既に特許出願を行っている（特願２００８−２６６８９２）。
この非鉄金属用溶解炉は、図９及び図１０に示すように、浸漬管に入れられた電気ヒーター２２が加熱室２１の溶湯に浸漬されており、空気を介さず電気ヒーター２２で溶湯を加熱する。つまり、電気ヒーター２２で発生した熱を効率よく溶湯に伝えることができるので、必要以上に電気ヒーター２２の温度を上げることがなく、酸化物が生成され難い。
したがって、この非鉄金属用溶解炉２０は、体積に対し表面積が大きく酸化物が生成され易い微細な非鉄金属を溶解することに適している。
【０００７】
また、溶湯を漏斗状の渦巻き部２４にポンプ２３で供給することで、溶湯が渦巻き部２４を上から下へ流れるときに渦巻き部２４内で渦を発生させるとともに、溶湯を非鉄金属用溶解炉２０内で循環させている。この渦巻き部２４内の渦によって、投入された非鉄金属は速やかに溶湯中に分散するので、非鉄金属を溶解し易くするために、機械的に非鉄金属を溶湯内に押し込まなくてよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の非鉄金属用溶解炉１０，２０はいずれも、溶湯を非鉄金属用溶解炉１０，２０内で循環させるために、大型の循環装置１３，２３が必要であり、この循環装置１３，２３が場所を取ってしまうといった問題がある。
また、非鉄金属を溶湯に沈めるために、非鉄金属を機械的に溶湯に押し込む装置や、渦巻き部２４が必要で、それらも循環装置１３，２３と同様に場所を取ってしまうとともに溶湯中に空気を巻き込んでしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的とするところは、溶湯を循環させるための装置が場所を取らず、しかも投入した非鉄金属を沈めるための装置も場所を取らない非鉄金属用溶解炉及び非鉄金属の溶解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、溶湯を加熱する溶解室（３１）を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に投入された非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉（３０）であって、前記溶解室（３１）において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極（３３）と、前記溶解室（３１）の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、前記一対の電極（３３）間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石（３４）と、を備え、前記溶湯に推力を与えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記一対の電極（３３）に接続され、前記一対の電極（３３）間を流れる電流を脈流とする整流器（３５）を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記電極（３３）の下端を露出させた状態で、電極（３３）の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を、溶湯からの侵食を防止する保護材（３６）で覆うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記電極（３３）の下端を細く形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記磁石（３４）の上下位置を調節可能にする位置調節機構（３７）を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の非鉄金属用溶解炉（３０）は、前記溶解室（３１）の略中央部に炉床（３０ａ）から溶湯の表面より上方に露出する柱体（３１ａ）を立設して前記溶解室（３１）に一つの周回する流路（３１ｂ）とするとともに、前記流路（３１ｂ）の幅方向両端に前記一対の電極（３３）を配置したことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の非鉄金属の溶解方法は、溶湯を加熱する溶解室（３１）を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に非鉄金属を投入する非鉄金属用溶解炉（３０）における非鉄金属の溶解方法であって、前記溶解室（３１）において溶湯に浸漬され、左右に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極（３３）間に電流を流すことで前記一対の電極（３３）を発熱させて溶湯を加熱させ、溶湯内の非鉄金属を加熱するとともに、前記溶解室（３１）の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置された磁石（３４）で、前記一対の電極（３３）間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力を前後方向に作用させることで溶湯を循環させることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に記載の非鉄金属の溶解方法は、前記一対の電極（３３）間を流れる電流を脈流として、溶湯を微小振動させることによって非鉄金属に付着している気体を非鉄金属から遊離させ、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくするとともに非鉄金属を沈み易くしたことを特徴とする。
【００１８】
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、溶解室において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極と、溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石と、を備えるので、電流と磁界とが交差する箇所にフレミングの左手の法則による電磁力が発生し、溶湯に推力が与えられる。
そして、一対の電極は、それらの間を流れる電流によって自ら発熱し、溶湯に熱を与える。
つまり、溶湯を循環させるための装置は、溶解室内にあり熱源を兼ねた電極、及び溶解室の上方又は下方に配置された磁石であるので、場所を取らない。よって、これとは別個の循環装置が必要であっても、電極と磁石により溶湯に推力が与えられているので、従来よりも小型の循環装置で十分であり、場所を取らない。
さらに、電極間を流れる電流が大きくかつ磁石の磁束密度が高ければ、発生する電磁力が大きくなり、電磁力のみで溶湯を循環させることができるので、電極及び磁石以外の循環装置は必要なく、スペースの節約となる。
【００２０】
また、請求項２に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、一対の電極に接続され、一対の電極間を流れる電流を脈流とする整流器を備えるので、電流を流すことで溶湯を微小振動させることができる。これにより、非鉄金属に付着した空気を非鉄金属から遊離させることができるので、非鉄金属の沈殿が促進される。また、非鉄金属同士が絡み合って沈み難い場合であっても、微小振動によってその絡み合いが解けるので、非鉄金属が沈み易くなる。したがって、非鉄金属を効率よく溶解することができるので、溶解速度が上がる。
また、非鉄金属が沈んだとしても、溶湯中の非鉄金属の表面に空気が残存する場合があるが、溶湯の微小振動によってその残存空気も非鉄金属から遊離させることができるので、非鉄金属表面には熱伝導率の小さい空気がほとんど残らず、その結果、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくすることができる。
さらに、微小振動によって溶湯内に溶け込んだ空気も溶湯から除去できるので、溶湯の熱伝導率も大きくすることができる。
ここで、非鉄金属を溶湯に沈めるために従来用いていた装置（例えば渦巻き部）よりも整流器は小型あり、しかも電極は熱源と循環装置を兼ねているので、溶湯に投入した非鉄金属を沈めるための装置である整流器及び電極は場所を取らない。
【００２１】
また、請求項３に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、電極の下端を露出させているので、主に電極の下端間に電流が流れ、電極間の電流密度が上がる。よって、単位面積あたりの電磁力が大きくなるので、溶湯循環の効率がよい。
また、電極の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を保護材で覆うので、電極の大部分を溶湯による侵食から保護できる。
【００２２】
また、請求項４に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、電極の下端を細く形成したので、電極の下端での電流密度が上がり、この部分における発熱量が大きくなる。つまり、直接溶湯に触れている部分の発熱量が大きくなるので、熱効率がよい。
【００２３】
また、請求項５に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１乃至４に記載の発明の作用効果に加え、磁石の上下位置を調節可能にする位置調節機構を備えるので、電流と交差する箇所の磁束密度を独立して調節することができる。つまり、電流に作用する部分の磁束密度を高くしたいときには磁石を電流から遠ざけることができ、電流に作用する部分の磁束密度を低くしたいときには磁石を電流に近づけることができる。このように、溶湯に作用する電磁力の強さを調整できるので、溶湯温度制御と独立して溶湯の循環速度を制御可能である。
【００２４】
また、請求項６に記載の非鉄金属用溶解炉によれば、請求項１乃至５に記載の発明の作用効果に加え、溶解室の略中央部に炉床から溶湯の表面より上方に露出する柱体を立設して溶解室に一つの周回する流路とするとともに、流路の幅方向両端に一対の電極を配置したので、流路に沿った大きな流れを作ることができる。よって、溶解室内で溶湯の淀む部分が発生し難いので、溶湯の品質が均一になる。
【００２５】
また、請求項７に記載の非鉄金属の溶解方法によれば、溶解室において溶湯に浸漬され、左右に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極間に電流を流すことで一対の電極を発熱させて溶湯を加熱させ、溶湯内の非鉄金属を加熱するとともに、溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置された磁石で、一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力が前後方向に作用させることで循環させるので、場所を取らずに非鉄金属を循環させることができる。つまり、電極によって溶湯を加熱し、さらにその電極と磁石によって溶湯を循環させているので、スペースの節約になる。
【００２６】
また、請求項８に記載の非鉄金属の溶解方法によれば、請求項７に記載の発明の作用効果に加え、一対の電極間を流れる電流を脈流として、溶湯を微小振動させることによって非鉄金属に付着している気体を非鉄金属から遊離させ、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくするとともに非鉄金属を沈み易くしたので、場所を取らずに非鉄金属を溶湯に沈めることができる。すなわち、溶湯に投入した非鉄金属を沈めるための装置である電極は熱源と循環装置を兼ねているので、非鉄金属を溶湯に沈めるために場所を取るものではない。
【００２７】
なお、ここでいう非鉄金属とは固体の非鉄金属を、溶湯とは非鉄金属が溶解したものをそれぞれ意味する。
ここで、上述した特許文献１には循環装置が記載されているが、本発明の非鉄金属用溶解炉のように、その循環装置が一対の電極と磁石である点は全く記載されていないし、フレミングの左手の法則による電磁力を作用させる非鉄金属の溶解方法についても記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉を示す要部拡大断面図である。
【図７】従来例に係る非鉄金属用溶解炉を示す平面図である。
【図８】図７に示す非鉄金属用溶解炉の正面図である。
【図９】他の従来例に係る非鉄金属用溶解炉を示す平面図である。
【図１０】他の従来例に係る非鉄金属用溶解炉を示す、図９のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態に係る非鉄金属用溶解炉３０及び非鉄金属の溶解方法を説明する。
本実施形態に係る非鉄金属用溶解炉３０は、アルミニウム合金等の非鉄金属を、ダイカスト鋳造等の鋳造製品を製造するために溶解するものである。
この非鉄金属用溶解炉３０は、溶湯を溜める室として溶解室３１と、保持室３２とを備え、溶解室３１に主に電極３３と、磁石３４と、整流器３５と、を有する。
【００３０】
溶解室３１は、溶湯を加熱する室であって、溶湯に投入された非鉄金属（インゴットや切粉）が溶湯の熱によって溶解される。
溶解室３１の略中央部には、炉床３０ａから溶湯の表面より上方に露出する柱体３１ａを立設しており、溶解室３１に一つの周回する流路３１ｂとしている。
【００３１】
保持室３２は、溶解室３１と隣接し、堰３８によって隔てられている。そして、溶解室３１の容量を超えた溶湯が、フィルター３９で濾過され堰３８をオーバーフローして保持室３２に供給される。
【００３２】
電極３３は、少なくとも一対（ここでは二対）、水平方向にそれぞれ所定間隔を開けて対向するように溶解室３１において溶湯に浸漬される。詳しくは、図１及び図２に示すように、一方の一対の電極３３ａ，３３ｂが流路３１ｂの所定位置の幅方向両端に配置されている。そして、柱体３１ａに対して一方の電極３３ａ，３３ｂと反対の位置に、他方の一対の電極３３ｃ，３３ｄが流路３１ｂの幅方向両端に配置されている。ここで、いずれも内周側（柱体３１ａ側）の電極３３ｂ，３３ｃを正極とし、外周側の電極３３ａ，３３ｄを負極とした。
なお、電極３３は銅等の金属よりも比抵抗の大きい炭素又は炭素化合物からなる。
【００３３】
また、電極３３の下端を露出させた状態で、電極３３の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を、溶湯からの侵食を防止する保護材３６で覆っている。この保護材３６は窒化珪素等からなり、窒化珪素は電極３３の材質である炭素又は炭素化合物よりも比抵抗及び熱伝導率が大きい。
さらに、保護材３６で覆われていない電極３３の下端を、保護材３６で覆われた部分よりも細く形成した。
そして、電極３３間を流れる電流によって電極３３が発熱し、溶湯に熱を与える熱源となる。
また、溶解室３１の溶湯温度を熱電対（図示しない）と温度調節計（図示しない）でモニタし、その溶湯温度に応じて電極３３間に流れる電流量（すなわち発熱量）を制御し、溶湯温度を所望の温度としている。
また、溶湯にはその他に、接地電極４０も浸漬しており、アースされている。
【００３４】
磁石３４は、電極３３間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせるように、電極３３間の上方の蓋３０ｂに取付けられて配置される。ここでは電極３３が二対あるので、それぞれの電極３３間に磁界を作用させるように磁石３４が二つ配置されている。
また、いずれの磁石３４とも上方をＮ極、下方をＳ極としている。したがって、各電極３３間における磁界の向きは下から上となる。
この磁石３４は永久磁石又は電磁石のいずれであってもよい。
【００３５】
整流器３５は、スイッチング制御ユニット４１を介してそれぞれの電極３３に接続され、それぞれ一対の電極３３間を流れる電流を脈流とする。整流器３５で脈流となった電流は、スイッチング制御ユニット４１によって周波数を０．５〜１００Ｈｚに制御され、また波形、振幅等も制御される。このように制御された電流が各電極３３間を流れる。
また、整流器３５の電源側には、感電防止のために絶縁トランス４２が取付けられている。
なお、このような整流器３５は一般に普及しており、非鉄金属を溶湯に沈めるために従来用いていた渦巻き部２４よりも小型である。
【００３６】
このように構成された非鉄金属用溶解炉３０において、電流を流すことで電極３３が発熱し、溶湯を加熱する。
そして、電極３３間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力を前後方向に作用させることで溶湯が溶解室３１内を循環する。
つまり、一方の一対の電極３３ａ，３３ｂ側においては、図３に示すように、電流は紙面の右から左に流れ、磁界の向きは下から上であるので、フレミングの左手の法則によって電磁力が紙面手前から奥に働く。また、他方の一対の電極３３ｃ，３３ｄ側においては、電流が左から右、磁界は下から上であるので、電磁力が紙面奥から手前に働く。
したがって、溶解室３１全体の溶湯の流れは、図１に示すように時計回りとなる。
【００３７】
また、脈流である電流が流れることで溶湯が微小振動し、非鉄金属に付着している気体が非鉄金属から遊離する。これによって、非鉄金属表面の熱伝達率が大きくなるとともに非鉄金属が溶湯中に沈む。
【００３８】
以上のように構成された非鉄金属用溶解炉３０によれば、電極３３と磁石３４によって溶湯を循環させることができるので、従来のような大型の循環装置１３，２３が不要である。電極３３と磁石３４は従来の循環装置１３，２３よりも小型であることに加え、電極３３は熱源を兼ねており、しかも磁石３４は非鉄金属用溶解炉３０の蓋３０ｂに取付けられているので、溶湯を循環させても電極３３と磁石３４は場所を取るものではない。
【００３９】
また、溶湯を微小振動させているので、非鉄金属に付着した空気を非鉄金属から遊離させることができ、非鉄金属の沈殿が促進される。また、非鉄金属同士が絡み合って沈み難い場合であっても、微小振動によってその絡み合いが解けるので、非鉄金属が沈み易くなる。したがって、非鉄金属を効率よく溶解することができるので、溶解速度が上がる。
また、従来のように渦で巻き込む等して非鉄金属を溶湯内に沈めたとしても、溶湯中の非鉄金属の表面に空気が残存する場合があるが、溶湯の微小振動によってその残存空気も非鉄金属から遊離させることができるので、非鉄金属表面には熱伝導率の小さい空気がほとんど残らず、その結果、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくすることができる。よって、溶解の効率が上がる。
さらに、微小振動によって溶湯内に溶け込んだ空気も溶湯から除去できるので、溶湯の熱伝導率も大きくすることができる。
ここで、非鉄金属を溶湯に沈めるために従来用いていた渦巻き部２４等よりも整流器３５は小型あり、しかも電極３３は熱源と循環装置を兼ねているので、溶湯に投入した非鉄金属を沈めるための装置である整流器３５及び電極３３は場所を取らない。
【００４０】
また、従来の浸漬管等に電極３３を入れることなく、電極３３を直接溶湯に浸漬しているので、熱伝導率の小さい空気や他の固体等を介さず溶湯を加熱することができ、熱効率がよい。なお、電極３３は保護材３６で覆われているが、保護材３６の熱伝導率は電極３３の熱伝導率より大きいので、保護材３６による熱損失は従来の浸漬管による熱損失よりも小さい。
また、電極３３の下端を露出させているので、主に電極３３の下端間に電流が流れ、電極３３間の電流密度が上がる。よって、単位面積あたりの電磁力が大きくなるので、溶湯循環の効率がよい。
【００４１】
また、電極３３の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を保護材３６で覆うので、電極３３の大部分を溶湯による侵食から保護できる。
また、電極３３の下端を細く形成したので、電極３３の下端での電流密度が上がり、この部分における発熱量が大きくなる。つまり、直接溶湯に触れている部分の発熱量が大きくなるので、より熱効率がよい。
【００４２】
さらに、溶解室３１の略中央部に炉床３０ａから溶湯の表面より上方に露出する柱体３１ａを立設して溶解室３１に一つの周回する流路３１ｂとするとともに、流路３１ｂの幅方向両端に一対の電極３３を配置したので、流路３１ｂに沿った大きな流れを作ることができる。よって、溶解室３１内で溶湯の淀む部分が発生し難いので、溶湯の品質が均一になる。
【００４３】
また、堰３８をオーバーフローさせて溶湯を保持室３２に供給しているので、溶解室３１の溶湯の表面の高さをほぼ一定に保つことができる。これにより、電極３３の発熱している部分が常に溶湯に浸漬されることになるので、電極３３の熱を最大限溶湯に与えることができるとともに、保持室３２に溜める溶湯の量を必要最小限にすることができる。
【００４４】
なお、磁石３４を非鉄金属用溶解炉３０の蓋３０ｂに取付けたが、これに限られるものではなく、図４に示すように、溶解室３１の下方に配置してもよい。このとき、ステンレス板４３を炉床３０ａと磁石３４との間に挟む。
また、溶解室３１の上方及び下方のいずれにも磁石３４を配置してもよい。このとき、電極３３間の磁界の向きが一方向になるように上下の磁石３４を配置する必要がある。
【００４５】
また、整流器３５によって電流を脈流としたが、電流を脈流とする手段はこれに限られるものではない。さらに、電流を脈流としなくてもよく、この場合であっても溶湯を溶解室３１内で循環させることは可能である。
また、保護材３６で電極３３の表面を覆ったが、電極３３が対侵食性に優れるものであれば、保護材３６は必要ない。
【００４６】
さらに、電極３３の下端を細く形成したが、これに限られるものではなく、図５に示すように、電極３３の下端も保護材３６で覆われた部分と同じ太さであってもよい。
【００４７】
また、磁石３４を溶解室３１の蓋に固定したが、図６に示すように、炉床３０ａ側に、例えば上裁された磁石３４の上下位置をシリンダ４４ａで調節可能にする位置調節機構４４を備えてもよい。
ここで、磁石３４を降下させて電極３３間に流れる電流から磁石３４を遠ざけると、電流に作用する部分の磁束密度が低くなるので、推力となる電磁力が小さくなり、溶湯の循環速度が下がる。一方、磁石３４を上昇させて電極３３間に流れる電流に磁石３４を近づけると、電流に作用する部分の磁束密度が高くなるので、推力となる電磁力が大きくなり、溶湯の循環速度が上がる。このように位置調節機構４４を備えていれば、溶湯温度制御と独立して溶湯の循環速度を制御可能である。
また、溶解室３１の上方に磁石３４を配置したときであっても、位置調節機構４４を設けてもよい。
【００４８】
また、循環装置として電極３３と磁石３４のみを用いたが、発生する電磁力が溶湯を循環させるための推力として不足していれば、ポンプ等の従来用いていた別個の循環装置を補助的に用いてもよい。この場合、小型のポンプ等で十分であるので、場所を取るものではない。
また、溶解室３１に柱体３１ａを立設したが、これに限られるものではなく、溶解室３１内で溶湯が循環すればよい。
【００４９】
また、非鉄金属用溶解炉３０は溶解室３１と保持室３２とを備えるとしたが、溶湯を加熱する溶解室３１があれば、他の用途の室がいくつあってもよい。
また、電流の向きや磁石３４の向きはこれに限られるものではなく、溶湯が円滑に循環すればよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 非鉄金属用溶解炉
１１ 溶解室
１２ バーナ
１３ 循環装置
２０ 非鉄金属用溶解炉
２１ 加熱室
２２ 電気ヒーター
２３ ポンプ（循環装置）
２４ 渦巻き部
３０ 非鉄金属用溶解炉
３０ａ 炉床
３０ｂ 蓋
３１ 溶解室
３１ａ 柱体
３１ｂ 流路
３２ 保持室
３３ 電極
３３ａ 電極
３３ｂ 電極
３３ｃ 電極
３３ｄ 電極
３４ 磁石
３５ 整流器
３６ 保護材
３７ 位置調節機構
３８ 堰
３９ フィルター
４０ 接地電極
４１ スイッチング制御ユニット
４２ 絶縁トランス
４３ ステンレス板
４４ 位置調節機構
４４ａ シリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を加熱する溶解室を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に投入された非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉であって、
前記溶解室において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極と、
前記溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、前記一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石と、を備え、
前記溶湯に推力を与えることを特徴とする非鉄金属用溶解炉。
【請求項２】
前記一対の電極に接続され、前記一対の電極間を流れる電流を脈流とする整流器を備えることを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項３】
前記電極の下端を露出させた状態で、電極の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を、溶湯からの侵食を防止する保護材で覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項４】
前記電極の下端を細く形成したことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項５】
前記磁石の上下位置を調節可能にする位置調節機構を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項６】
前記溶解室の略中央部に炉床から溶湯の表面より上方に露出する柱体を立設して前記溶解室に一つの周回する流路とするとともに、
前記流路の幅方向両端に前記一対の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項７】
溶湯を加熱する溶解室を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に非鉄金属を投入する非鉄金属用溶解炉における非鉄金属の溶解方法であって、
前記溶解室において溶湯に浸漬され、左右に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極間に電流を流すことで前記一対の電極を発熱させて溶湯を加熱させ、溶湯内の非鉄金属を加熱するとともに、
前記溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置された磁石で、前記一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力を前後方向に作用させることで溶湯を循環させることを特徴とする非鉄金属の溶解方法。
【請求項８】
前記一対の電極間を流れる電流を脈流として、溶湯を微小振動させることによって非鉄金属に付着している気体を非鉄金属から遊離させ、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくするとともに非鉄金属を沈み易くしたことを特徴とする請求項７に記載の非鉄金属の溶解方法。
【請求項１】
溶湯を加熱する溶解室を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に投入された非鉄金属を溶解する非鉄金属用溶解炉であって、
前記溶解室において溶湯に浸漬され、水平方向に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極と、
前記溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置され、前記一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に交差する磁界を生じさせる磁石と、を備え、
前記溶湯に推力を与えることを特徴とする非鉄金属用溶解炉。
【請求項２】
前記一対の電極に接続され、前記一対の電極間を流れる電流を脈流とする整流器を備えることを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項３】
前記電極の下端を露出させた状態で、電極の下部から溶湯の表面に露出する部位までの表面を、溶湯からの侵食を防止する保護材で覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項４】
前記電極の下端を細く形成したことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項５】
前記磁石の上下位置を調節可能にする位置調節機構を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項６】
前記溶解室の略中央部に炉床から溶湯の表面より上方に露出する柱体を立設して前記溶解室に一つの周回する流路とするとともに、
前記流路の幅方向両端に前記一対の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の非鉄金属用溶解炉。
【請求項７】
溶湯を加熱する溶解室を備え、溶湯を内部で循環させるとともに溶湯に非鉄金属を投入する非鉄金属用溶解炉における非鉄金属の溶解方法であって、
前記溶解室において溶湯に浸漬され、左右に所定間隔を開けて対向する少なくとも一対の電極間に電流を流すことで前記一対の電極を発熱させて溶湯を加熱させ、溶湯内の非鉄金属を加熱するとともに、
前記溶解室の上方又は下方のうち少なくとも一方に配置された磁石で、前記一対の電極間を流れる電流に対して略垂直に磁界を生じさせ、電流と磁界とが交差する箇所の溶湯にフレミングの左手の法則による電磁力を前後方向に作用させることで溶湯を循環させることを特徴とする非鉄金属の溶解方法。
【請求項８】
前記一対の電極間を流れる電流を脈流として、溶湯を微小振動させることによって非鉄金属に付着している気体を非鉄金属から遊離させ、非鉄金属表面の熱伝達率を大きくするとともに非鉄金属を沈み易くしたことを特徴とする請求項７に記載の非鉄金属の溶解方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３７０５６（Ｐ２０１１−２３７０５６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６５４０（Ｐ２０１０−１０６５４０）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（５９２０１７００２）三建産業株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（５９２０１７００２）三建産業株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
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