JP2009268293A - 溶融金属用電磁ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】保護管３とコア２との間に充填した充填材８の粉末化が起こりにくく、長期にわたって保護管３とコア２との間に生じる振動、衝撃等を緩衝し、安定した運転を可能とする。
【解決手段】溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属を通す耐熱性を有する筒状のダクト１と、このダクト１の中に移動磁界を発生させる誘導子１４と、前記ダクト１の中に配置され、前記誘導子１４で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア２と、このコア２を収納し、前記ダクト１の中に配置された耐熱性を有する鞘状の保護管３とを有し、この保護管３と前記ダクト１との間に溶融金属が通る環状流路１９を形成している。ダクト１との間に溶融金属の環状流路１９を形成する保護管３とその内側に挿入されたコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８を充填し、コア２の溝１７には炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダクトの中にその長手方向に移動する磁界を発生させて溶融アルミニウムや溶融亜鉛等の溶融金属を搬送するために使用される溶融金属用電磁ポンプに関し、特に移動磁界を発生させる誘導子に囲まれた管状のダクトとその中に収納した保護管との間に溶融金属を通す環状流路を形成し、さらに保護管の中に前記移動磁界の磁路を形成するコアを収納した環状流路形電磁ポンプに関する。

例えば鋳造等の分野では溶融アルミニウムなどを搬送するために、電磁誘導作用により溶融金属に推力を与えて搬送する溶融金属用電磁ポンプが利用されている。このような溶融金属用電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを嵌合した誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて溶融金属に推力を与え、供給する形式の誘導形電磁ポンプが主流である。

このような誘導形電磁ポンプは、例えば特開２００６−３４１２８１号公報に記載されている。溶融金属が流れる管状のダクトの外周に同ダクトの長手方向に移動する磁界を発生するため、ヨークにコイルを嵌合した誘導子を配置し、管状のダクトの内部に誘導子により発生した磁界の磁路となる磁性体のコアを配置している。コアは耐熱性及び耐蝕性を有する筒状の保護管により覆われている。従って、溶融金属の流路１９は管状のダクトと保護管との間に形成される環状部分となり、これにより、この種の電磁ポンプは一般に環状流路形電磁ポンプと呼ばれている。

図６は、前述した溶融金属用電磁ポンプの従来例を示すもので、溶融アルミニウムや溶融亜鉛を搬送する一般的なものである。
溶融金属を収納した図示してない溶融金属槽にポンプ側ダクト１が接続される。このポンプ側ダクト１には、溶融金属の給湯先側に通じる給湯側ダクト１’がフランジ継手等の継手５、５’を介して接続される。これらのポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’は、継手５、５’の間に後述する保護管３のフランジ６が挿入され、さらにこのフランジ６と前記継手５、５’の間に耐熱性のガスケット１８、１８’が挿入され、ネジにより締め付けることでこの継手部分のシール性が確保される。これらのダクト１、１’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、保温のため外側にヒータ９が巻かれ、溶融金属の融点以上の温度に加熱される。

手前のポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨーク１５にコイル１６を嵌合した誘導子１４が配置される。またこのポンプ側ダクト１の中には、耐熱性を有する円筒形の保護管３の中に収納された磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。保護管３は給湯側ダクト１’に近い一端側が開口し、その他端側が閉じられている。保護管３の開口した一端側の中心には雌のネジ穴が設けられている。この保護管３は、アルミナ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎからなるファインセラミックス（登録商標：サイアロン）、窒化珪素等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。

コア２の一端側には棒状の支持腕１０を介してフランジ１０が設けられている。コア２はそのフランジ１０の反対側の端部から保護管３の中に挿入されると共に、保護管３とコア２との間にガラス繊維若しくはアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８が充填される。コア２のフランジ１０で保護管３の開口部を塞ぐようにフランジ１０が保護管３の開口部に嵌め込まれる。さらにこの保護管３の開口部の雌のネジ穴にネジ栓４がねじ込まれ、このネジ栓４によってコア２のフランジ１０が保護管３の開口部に押さえ付けられる。ネジ栓４は、耐熱性のあるアルミナ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎからなるファインセラミックス（登録商標：サイアロン）、窒化珪素等のセラミック製のものが使用される。

前述したように、保護管３の給湯側ダクト１’に近い開口した一端部の周囲にフランジ６が延設され、このフランジ６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを接続する前述した継手５、５’の間に挟持されている。これにより、コア２がポンプ側ダクト１の中心に位置するよう保持される。保護管３のフランジ６には、溶融金属１２の通路となる複数の円弧状の通過孔７が設けられている。この状態において、コア２、保護管３及びダクト１は何れもそれらの中心軸が一致するよう互いに固定される。保護管３のフランジ６に設けられた溶融金属１２の通路となる通過孔７は、ポンプ側ダクト１と保護管３との間にできる環状流路と同じ流路に位置しており、ポンプ側ダクト１と保護管３との間にできる溶融金属の環状流路１９と同じ流路高さになっている。

このような溶融金属電磁ポンプにおいて、前述したように、保護管３とコア２との間にガラス繊維若しくはアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等からなる充填材８が充填される。
しかしながら、これらのガラス繊維若しくはアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８は、クッション性に乏しく、保護管３やコア２の緩衝作用に乏しい。しかも溶融金属電磁ポンプの運転時に高温下で長期にわたって振動を受けると、粉末化しやすく、さらにクッション性が低下する。このため、溶融金属電磁ポンプの運転時にコア２のがたつきにより振動が起こりやすい。
特開２００６−３４１２８１号公報 特開平７−２１４２９１号公報

本発明は、前記従来の溶融金属電磁ポンプにおける課題に鑑み、保護管３とコア２との間に充填した充填材８の粉末化が起こりにくく、長期にわたって保護管３とコア２との間に生じる振動、衝撃等を緩衝し、安定した運転が出来る溶融金属電磁ポンプを提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、ダクト１との間に溶融金属の環状流路１９を形成する保護管３とその内側に挿入されたコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８を充填し、コア２の溝１７には炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填することにより、長期にわたって安定したコア２の保持を可能とした。

すなわち、溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属を通す耐熱性を有する筒状のダクト１と、このダクト１の中に移動磁界を発生させる誘導子１４と、前記ダクト１の中に配置され、前記誘導子１４で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア２と、このコア２を収納し、前記ダクト１の中に配置された耐熱性を有する鞘状の保護管３とを有し、この保護管３と前記ダクト１との間に溶融金属が通る環状流路１９を形成している。

本発明では、このような溶融金属用電磁ポンプにおいて、ダクト１との間に溶融金属の環状流路１９を形成する保護管３とその内側に挿入されたコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８を充填し、コア２の溝１７には炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填したものである。後述するように、炭素繊維や炭素布は黒鉛繊維や黒鉛布を含む総称として一般に使用されている。従って、以下は黒鉛繊維や黒鉛布を区別することなく、単に「炭素繊維」や「炭素布」の用語を使用した場合は、黒鉛繊維や黒鉛布も含むものとする。
保護管３とコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８を充填する具体的手段としては、例えばコア２に充填材８を巻き付けてこれを保護管３の中に挿入することがあげられる。

このような溶融金属用電磁ポンプにおいては、後述するように、炭素繊維や炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材８、２０は、耐熱性に優れ、弾性の点でも優れている。しかもこれらの炭素繊維や炭素布は、ガラス繊維、セラミック繊維、セラミック粉末のように、溶融金属電磁ポンプの運転時に高温下で振動を受けても粉末化しにくく、クッション性を長期にわたって維持することが出来る。

以上説明した通り、本発明による溶融金属用電磁ポンプでは、ダクト１との間に溶融金属の環状流路１９を形成する保護管３とその内側に挿入されたコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８を充填し、コア２の溝１７には炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填することにより、炭素繊維や炭素布や膨張黒鉛シート弾性を利用して高いクッション性を実現することが出来る。さらに長期にわたって粉末化等が起こらず、コア２を安定して支持することが出来る。これにより、溶融金属電磁ポンプの運転時に高温下で振動や衝撃を受けても、その振動や衝撃の緩衝を長期にわたって低減することが可能となり、安定した運転が可能となる。

本発明では、前記の目的を達成するため、ダクト１との間に溶融金属の環状流路１９を形成する保護管３とその内側に挿入されたコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８を充填し、コア２の溝１７には炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は本発明による溶融金属用電磁ポンプの一実施例を示す縦断側面図、図２はその部分拡大図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図３のダクト１の内側部分の部分拡大図、図５はそのコア２と保護管３の分解斜視図である。この溶融金属用電磁ポンプの構成は基本的に図６により前述した従来の電磁ポンプと同じであり、同じ部分は同じ符号を付してある。

溶融金属を収納した図示してない溶融金属槽にポンプ側ダクト１が接続される。このポンプ側ダクト１には、フランジ継手等の継手５、５’を介して溶融金属の給湯先側に通じる給湯側ダクト１’が接続される。溶融金属の流れは図１において給湯側ダクト１’に記した矢印で示されている。これらのポンプ側ダクト１の継手５と給湯側ダクト１’の継手５’との間に後述する保護管３のフランジ６が挿入され、さらにこのフランジ６と前記継手５、５’の間に耐熱性のガスケットが挿入され、ネジにより締め付けることでこの継手部分のシール性が確保される。これらのダクト１、１’は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、保温のため外側にヒータ９が巻かれ、溶融金属の融点以上の温度に加熱される。

手前のポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨーク１５にコイル１６を嵌合した誘導子１４が配置される。またこのポンプ側ダクト１の中には、磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されており、このコア２は耐熱性、耐食性を有するセラミック等からなる円筒形の保護管３の中に収納されている。保護管３は給湯側ダクト１’に近い一端側が開口し、その他端側が閉じられている。保護管３の開口した一端側の中心には雌のネジ穴が設けられている。図１と図２に示すように、この保護管３の雌のネジ穴の奥には、膨張黒鉛シートからなるガスケット１２’が嵌め込まれる。

コア２の一端側には棒状の支持腕１１を介してフランジ１０が設けられている。コア２は棒状の支持腕１１を介さずに直接フランジ１０に設けてもよい。図１、図３及び図４に示すように、このコア２の外周には、溝１７が設けられている。この溝１７は、溶融金属用電磁ポンプの運転時にコア２に生じる移動磁界に伴う渦電流が発生するのを防止し或いは低減するためのものである。

コア２に添って形成される移動磁界は、コア２の長手方向に移動する。コア２の外周面に生じる渦電流はこの移動する磁界を巻くように発生する。このため、溝１７は、コア２の長手方向に添って同コア２の円周方向に等角度間隔で縦方向に長いものとするのが良い。さらにこのコア２の溝１７には、炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填する。

コア２はそのフランジ１０の反対側の端部から保護管３の中に挿入されると共に、保護管３とコア２との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材８が充填され、コア２の溝１７には炭素布や膨張黒鉛シートからなる充填材２０を充填する。具体的には、コア２の溝１７に炭素布や膨張黒鉛シートを充填し、その後にコア２に炭素繊維や炭素布等の充填材８を巻いてコア２を保護管３の中に挿入する。

図１と図２に示すように、コア２のフランジ１０が保護管３の開口部を塞ぐように同開口部に嵌め込まれ、保護管３とコア２のフランジ１０との間に前記ガスケット１２’が挟まれる。この保護管３の開口部の雌のネジ穴に弾性と耐熱性を有するＯリング等のシールパッキング１３が嵌め込まれ、このシールパッキン１２の上に膨張黒鉛シートからなるもう一つのガスケット１２が嵌め込まれる。さらに保護管３の開口部の雌のネジ穴にネジ栓４をねじ込み、このネジ栓４を締め付けることにより、ネジ栓４とコア２のフランジ１０との間にシールパッキング１３とガスケット１２が挟圧される。これにより、保護管３の開口部とコア２のフランジ１０とがシールされる。ネジ栓４は、耐熱性のあるアルミナ等のセラミック製のものが使用される。

前述したように、保護管３の給湯側ダクト１’に近い開口した一端部の周囲にフランジ６が延設され、このフランジ６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを接続する前述した継手５、５’の間に挟持されている。これにより、コア２、保護管３及びダクト１は何れもそれらの中心軸が一致するよう互いに固定される。保護管３のフランジ６には、溶融金属１２の通路となる複数の円弧状の通過孔７が設けられている。保護管３のフランジ６に設けられた溶融金属１２の通路となる通過孔７は、ポンプ側ダクト１と保護管３との間にできる環状流路に位置し、環状流路と同じ流路高さに出来ている。その手前にはポンプ側ダクト１と保護管３との間に溶融金属が通る環状流路１９が形成されている。

前記充填材８として保護管３とコア２との間に充填される炭素繊維はその原料の種類によって適宜２種類のものが使用される。一つはポリアクリルニトリル樹脂等の有機系繊維を原料に製造されるもので、一般にＰＡＮ系炭素繊維と呼ばれている。他の一つは石油化学や石炭化学の残滓であるピッチを原料として製造されるものであり、一般にピッチ系炭素繊維と呼ばれている。

ＰＡＮ系炭素繊維の製造方法は、まず原料樹脂のアクリルニトリル樹脂を重合、紡糸してＰＡＮ繊維を作る。ＰＡＮ繊維そのものはポリエステルなどの繊維と同様に加熱すると溶けてしまうが、酸化雰囲気中で２００〜３００℃の温度で酸化反応を行うと、熱で溶けない安定化繊維へと変化する。この安定化繊維をさらに高温で熱すると、炭素以外のＮＨ_３、ＣＨ_４、Ｈ_２等の成分が除かれて炭素同士が結合して炭素繊維となる。

さらに炭素繊維を２０００℃以上で熱処理すると黒鉛結晶が発達して黒鉛繊維に変化する。現在は炭素繊維と黒鉛繊維を特に分類せず黒鉛繊維を含むものを総称して炭素繊維と呼んでいる。ＰＡＮ系炭素繊維は黒鉛化が進むほど弾性率が高くなる性質がある。

ピッチ系炭素繊維の製造方法は、まずタール状のピッチの熱処理、濾過、水素化等の工程を経て紡糸に適した液晶を含むメソフェーズピッチに調整する。これを紡糸してＰＡＮ系炭素繊維と同様にして酸化雰囲気中で２００〜３００℃の温度に加熱した後、高温に過熱して炭化或いは黒鉛化を進めると炭素繊維或いは黒鉛繊維が得られる。

このようにして製造された炭素繊維は、ＰＡＮ系で直径約７μｍｍ、ピッチ系で約１０μｍｍの単繊維を数千本束ねたヤーンの形で供給されている。炭素繊維の特性は、製造方法や加熱条件によって異なるが、引っ張り強さは３００〜８００ｋｇｆ／ｍｍ^２、弾性率は２４〜８０ｔｆ／ｍｍ^２、比重は１．７５〜２．１５である。最も多く使われるのは引っ張り強さ３００ｋｇｆ／ｍｍ^２、弾性率２４ｔｆ／ｍｍ^２のものである。

さらに炭素布は炭素繊維を原料としてこれをフェルト及びクロス加工した材料である。炭素布や黒鉛布はかさ密度が小さく耐熱性がすぐれており、成形することにより繊維の飛散を防ぎ軽量で自立性があり、優れた断熱特性を有する。
これらの炭素繊維や炭素布からなる充填材８を保護管３とコア２のフランジ１０との間に充填することにより、コア２の保持性に優れ、弾性率も高いので緩衝性にも優れる。

前記ガスケット１２、１２’やコア２の溝１７に挿入する充填材２０として使用する膨張黒鉛シートは、天然鱗片状黒鉛を膨張させて加圧しながらシート状に成形した素材を必要に応じて金属で補強したものである。シール性、耐熱性、耐薬品性、熱伝導性に優れる非アスベスト系のガスケット材として使われている。特にこの膨張黒鉛シートは、柔軟性と弾性を有し、変形、加圧した時の復元力に優れている。

本発明による溶融金属用電磁ポンプの一実施例を示す縦断側面図である。 図１の部分拡大断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３のダクト１の内側部分の部分拡大図である。 溶融金属用電磁ポンプの一実施例のコアと保護管とを分解した斜視図である。 溶融金属用電磁ポンプの従来例を示す縦断側面図である。

符号の説明

１ ダクト
２ コア
３ 保護管
８ 充填材８
１４ 誘導子
１９ 環状流路
２０ 充填材

Claims (2)

1. 溶融金属を通す耐熱性を有する筒状のダクト（１）と、このダクト（１）の中に移動磁界を発生させる誘導子（１４）と、前記ダクト（１）の中に配置され、前記誘導子（１４）で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア（２）と、このコア（２）を収納し、前記ダクト（１）の中に配置された耐熱性を有する鞘状の保護管（３）とを有し、この保護管（３）と前記ダクト（１）との間に溶融金属が通る環状流路（１９）を形成した溶融金属用電磁ポンプにおいて、保護管（３）とコア（２）との間に炭素繊維や炭素布からなる充填材（８）を充填したことを特徴とする溶融金属用電磁ポンプ。
2. コア（２）の外周に溝（１７）を有し、このコア（１７）にも炭素布や膨張黒鉛からなる充填材（２０）が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用電磁ポンプ。

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