JP2012106268A - 溶融金属供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダクト内の清掃の作業性を確保しながら、なお且つダクト内での溶融金属のレベル変動量を大きくすることが出来、またダクトの出口から吐出される溶融金属の流速の極端な低下を来さない溶融金属供給装置。
【解決手段】ダクト１を通して溶融金属１２を搬送先に供給する溶融金属供給装置において、ダクト１の出口内にその内径を細径化する円筒状のアダプタ１５を着脱自在に嵌め込む。アダプタ１５は、ダクト１との隙間を埋めることが出来、着脱を容易にするため、その外周に耐熱性パッキン１８を巻いてダクト１に嵌め込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融したアルミニウムや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供給装置に関する。特に運転停止時のダクト内の清掃が容易なようにダクトの内径を確保しながら、運転時におけるダクトの出口付近での溶融金属のレベル変動の検知を容易にし、また比較的少ない溶融金属の流量でも溶融金属の流速を確保してダクトの出口での溶融金属の切れを良くすることが出来る溶融金属供給装置に関する。

例えばアルミニウム鋳造の分野では鋳型等の搬送先に溶融金属を供給するために、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誘導電磁ポンプを用いた容器供給装置が使用されている。このような溶融金属用誘導電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを巻い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。

このような容器供給装置に使用される誘導形電磁ポンプは、例えば下記特許文献２（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は、耐熱性及び耐蝕性を有する筒状のセラミックス等のダクトからなり、そのダクトの外周に移動磁界を発生するため、ヨークにコイルを巻いた誘導子を配置し、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セラミックス等の保護管により覆われている。従って、溶融金属の流路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、この種の誘導電磁ポンプは環状流路形誘導電磁ポンプと呼ばれている。

このような溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置は、間欠的に毎回一定量の溶融金属をダイキャスト装置や重力鋳造装置等の搬送先に供給するのに用いられる。誘導電磁ポンプの駆動により、溶融金属を供給するときは、ダクトはヒータにより加熱され、ダクト内はそれを通る溶融金属が凝固しないように溶融金属の融点以上の温度が維持される。他方、誘導電磁ポンプの駆動を停止し、溶融金属の供給を停止しているときは、ヒータによるダクトの加熱も停止する。

ところが、誘導電磁ポンプの駆動を停止し、溶融金属の供給を停止すると共に、ヒータによるダクトの加熱を暫く停止した後、暫くしてから再度ヒータによりダクトを加熱し、設定温度になった後、誘導電磁ポンプを駆動し、溶融金属の供給を開始すると、ダクト内に溶融金属の酸化物の厚膜片が混ざることがある。この溶融金属の酸化物の厚膜片は、ダクト内の溶融金属の流通の妨げとなったり、或いは酸化物の厚膜片が目的の供給先に搬送され、鋳物の品質低下等の問題を引き起こす。そこで、溶融金属の供給開始時には、この溶融金属の酸化物の除去作業が必要となる。

ダクト内の清掃は、棒の先端に取り付けたスクレーパやブラシ等をダクトの中に挿入して行う。このため、この清掃作業の観点からはダクトの内径が大きい方が清掃の作業性の点では好ましい。
一方でダクト内での溶融金属のレベル制御は、ダクト内の溶融金属の液面の高さを検知することで行う。ダクト内の溶融金属を上昇−下降させたとき、同じ容積の溶融金属でもダクトの内径が大きいと、その分だけ溶融金属の液面の変動量は小さくなる。このため、センサにより検知される溶融金属の液面の変動量も小さくなる。この結果、溶融金属のレベル制御の精度を高くし難い。

また、ダクトの内径が大きいと、その分だけダクト内での溶融金属の流速が遅くなる。このため、搬送する溶融金属の流量が小さいと、内径の大きいダクトの中では溶融金属の流速が小さくなり、部分的な流れの停滞が起こりやすい。特にダクトの出口で溶融金属の流速が遅いと、ダクトから吐出される溶融金属の垂れや雫等の停滞が生じやすい。粘性流体である溶融金属のいわゆる「切れ」が悪くなる。これが原因で一定量の溶融金属を供給する必要がある場合に、溶融金属のダクトからの吐出量にばらつきが出る原因となる。

特開２００９−０１２０２４号公報 特開２００６−３４１２８１号公報 特開平０５−２８５６３８号公報 特開平０５−０４２３５７号公報

本発明は、前述した従来の溶融金属供給装置と溶融金属供給方法における課題に鑑み、簡単な手段により、ダクト内の清掃の作業性を確保しながら、なお且つダクト内での溶融金属のレベル変動量を大きくすることが出来、またダクトの出口から吐出される溶融金属の流速の極端な低下を来さない溶融金属供給装置を提供することを目的とする。

本件発明は、ダクト１内にその内径を細径化するための円筒状のアダプタ１５を嵌め込むことにより、その目的を達成するものである。
すなわち、本発明による溶融金属供給装置は、ダクト１を通して溶融金属１２を搬送先に供給する溶融金属供給装置において、ダクト１内にその内径を細径化する円筒状のアダプタ１５を着脱自在に嵌め込んだものである。

アダプタ１５をダクト１に着脱自在に嵌め込むことで、ダクト１の内径を細径化することが出来るので、ダクト１内で溶融金属１２を上昇−下降させた時に、ダクト１内における溶融金属１２のレベル変動を大きくすることが出来る。これにより、ダクト１内における溶融金属１２のレベル変動量の把握が容易になる。

また、アダプタ１５をダクト１に嵌め込むことで、その部分ではダクト１の中を流れる溶融金属１２の流速を早くすることが出来る。これにより、ダクト１内での溶融金属１２の停滞を防止することが出来る。特にその出口での溶融金属１２の垂れや雫等の停滞が生じにくくなり、溶融金属１２のいわゆる切れが良くなる。
他方、ダクト１内を清掃するときは、アダプタ１５をダクト１から取り外せば、ダクト１の内径を広げることが出来、ダクト１の内径が均一な直管となる。よってダクト１内の清掃も容易となる。

アダプタ１５は、ダクト１の特に溶融金属１２の出口付近に嵌め込むことが好ましい。その理由は、第一にダクト１の出口付近での溶融金属１２のレベル変動を把握するということにある。第二にダクトの出口から流出する溶融金属１２の流速を速くし、ダクト１の出口における溶融金属１２の垂れや雫等の停滞を防ぐことにある。第三にアダプタ１５をダクト１の溶融金属１２の出口付近に嵌め込めば、ダクト１の清掃時のアダプタ１５の着脱も容易であるということにある。

アダプタ１５は、ダクト１との隙間を埋めることが出来、着脱を容易にするため、その外周に耐熱性パッキン１８を巻いてダクト１に嵌め込むとよい。このような耐熱性パッキン１８としては、例えばアルミナ−シリカ系繊維の表面に水ガラスと共に窒化硼素粒子を付着させたものを挙げることが出来る。このような耐熱性パッキン１８をダクト１とアダプタ１５との間に挿入することにより、ダクト１とアダプタ１５との隙間に溶融金属が浸入せず、ダクト１、１’が冷却した後でもアダプタ１５をダクト１から容易に抜き出すことが出来る。

以上説明した通り、本発明による溶融金属１２供給装置では、ダクト１の中を流れる溶融金属１２の流量に応じて、ダクト１を細径のものに交換することなく、アダプタ１５の嵌め込みだけで溶融金属１２の流速を調整することが出来る。具体的には、ダクト１の出口での溶融金属１２のレベル変動を大きく出来ることにより、溶融金属１２のレベル変動量を容易に把握することが出来る。また、ダクト１の出口における溶融金属１２の吐出速度を速くすることが出来るので、溶融金属１２の停滞を防止することが出来る。その一方で、アダプタ１５を外すことで、ダクト１内の清掃の容易性を妨げない。

溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置の一実施例を示す断面図である。 同溶融金属のアダプタ部分を拡大して示した断面図である。 同溶融金属の供給装置に使用するアダプタの例を示す半断面斜視図である。 溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置の他の実施例のアダプタ部分を拡大して示した断面図である。 溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置の他の実施例を示す断面図である。 溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置の他の実施例を示す断面図である。

本発明では、溶融金属１２を供給するダクト１内にその内径を細径化するような円筒形のアダプタ１５を着脱自在に嵌め込むことにより、ダクト１内での溶融金属１２の上下動や流速確保し、なおかつそのアダプタ１５をダクト１から取り外すことにより、ダクト１内の清掃の容易性を損なわないものである。
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を使用した溶融金属供給装置の一実施例を示すものである。
溶融金属１２を入れた溶融金属槽１１の底部近くの斜めの壁面１３に給湯口が開口しており、この給湯口にフランジ状の継手を介して給湯方向に向けて斜め上向きに真っ直ぐなポンプ側ダクト１が接続されている。さらにこのポンプ側ダクト１には、それを延長するように給湯側ダクト１’がフランジ継手等の継手５、５’を介して接続されている。この先の給湯側ダクト１’は、図示してないバネ等により手前のポンプ側ダクト１に押しつけられ、継手５、５’の間に挿入された耐熱性のガスケットにより継手５、５’の部分のシール性が確保されている。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１２の融点以上の温度に加熱されるようになっている。

手前のポンプ側ダクト１の周囲には、磁性体製のヨークにコイルを巻回した誘導子１４が配置されている。またこのポンプ側ダクト１の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。このコア２は、両端が閉じられた円筒形の保護管３の中に収納されており、ポンプ側ダクト１の中の溶融金属１２と直接接触しないようになっている。保護管３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、その中のコア２の周囲にクッション材としてアルミナ、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が充填されている。

保護管３の給湯側ダクト１’に近い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ている。ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’は、その外周に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ９により加熱される。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。

このような溶融金属供給装置におけるダクト１、１’のうち、特に溶融金属１２の吐出側となる給湯側ダクト１’の出口部分にアダプタ１５を着脱自在に嵌め込む。
図３はこのアダプタ１５を示す。このアダプタ１５は、ダクト１の内径よりやや小さな外径を有しており、図示のものはダクト１５の内径に合わせて直な均一な外径となっている。このダクト１の内径は、ダクト１の奥側、すなわち溶融金属１２の流れの手前側となる部分に、手前から先側にいくに従って次第に径が小さくなるようなテーパ状の案内部１７を有し、その先は均一な内径のストレート状の流路部１６となっている。この流路部１６の内径は必ずしも均一である必要は無いが、ダクト１内の溶融金属１２のレベル変動をリニアに把握出来る点では内径が均一であることが好ましい。

アダプタ１５の外周面に耐熱性パッキン１８が巻かれる。この耐熱性パッキンとしては、例えばアルミナ−シリカ系繊維の表面に水ガラスと共に窒化硼素粒子を付着させたものを挙げることが出来る。例えば、このような耐熱性パッキン材を帯状としてアダプタ１５の外周面に巻き付ける。

前記耐熱性パッキン１８は、より具体的には、分散媒中に水ガラスを含む窒化硼素のスラリを、アルミナ−シリカ系繊維にしみこませることにより、アルミナ−シリカ系繊維の表面に水ガラスと共に窒化硼素粒子を付着させたものである。水ガラスを水に溶解し、この水ガラスの希釈溶液に窒化硼素粉末を分散してスラリを作る。このスラリにメチルアルコールを添加し、このスラリをアルミナ−シリカ系繊維に染みこませる。水ガラスの溶液は、原料の水ガラスが水に２〜５重量％溶解する。窒化硼素のスラリは、窒化硼素粉末が水ガラス溶液に２０〜３０重量％分散する。また、メチルアルコールは、全体に対して３０〜６０重量％の割合で添加される。

図１に示すように、この耐熱性パッキン１８を外周に装着したアダプタ１５を前記給湯側ダクト１の出口からその出口側端部に嵌め込む。この状態で、前記耐熱性パッキン１８によりアダプタ１５の外周と給湯側ダクト１’の内周とのシール性を確保する。
この状態では、ポンプ側ダクト１’の出口付近の内径がアダプタ１５により減径されることにより、誘導子１４で溶融金属槽１１から溶融金属１２をポンプ側ダクト１から給湯側ダクト１’へと汲み上げた時に、ポンプ側ダクト１’の出口付近での溶融金属１２のレベル変動量が大きくなる。これにより、センサー等（図示せず）でポンプ側ダクト１’内の溶融金属１２のレベルを検知するときのレベルの変位検知量が大きくなり、検知しやすくなる。また、溶融金属１２を給湯側ダクト１’の出口から吐出する時も、ポンプ側ダクト１’の出口付近での溶融金属１２の流速が大きくなるため、溶融金属１２のいわゆる垂れや雫等の停滞が生じにくくなり、粘性流体である溶融金属１２のいわゆる「切れ」が良くなる。これにより、溶融金属１２の供給を開始或いは停止した時のポンプ側ダクト１’の出口付近での溶融金属１２の吐出−停止を反応良く行うことが出来る。

これを図２によりより分かり易く説明すると、ポンプ側ダクト１’及びアダプタ１５の流路平面断面積をＡｈとし、誘導子１４で容積Ｖの溶融金属１２を押し上げたとき、流路内での溶融金属１２の押し上げ高さｈはｈ＝Ｖ／Ａｈで表される。アダプタ１５の流路平面断面積Ａｈはポンプ側ダクト１’の流路平面断面積Ａｈより小さいため、誘導子１４で同じ容積Ｖの溶融金属１２を押し上げたとき、アダプタ１５の部分での押し上げ高さｈは、ポンプ側ダクト１’のアダプタ１５が無い部分の押し上げ高さｈより大きくなる。

また、ポンプ側ダクト１’及びアダプタ１５の流路断面積をＡとし、誘導子１４で流量Ｑ（単位時間当たり移動容積）の溶融金属１２を流したとき、溶融金属１２の流速ｖはｖ＝Ｑ／Ａで表される。アダプタ１５の流路断面積Ａはポンプ側ダクト１’の流路断面積Ａより小さいため、誘導子１４で同じ流量Ｑの溶融金属１２を流したとき、アダプタ１５の部分での流速ｖは、ポンプ側ダクト１’のアダプタ１５が無い部分の流速ｖより速くなる。
このような原理で、アダプタ１５により溶融金属１２の押し上げ高さｈ、流速ｖを高く、速くすることが出来る。

アダプタ１５の外周面と給湯側ダクト１’の内周面とに離型剤を塗布し、さらにそれらの間に耐熱性パッキン１８を挿入し、その隙間を埋めることにより、溶融金属１２の供給時にアダプタ１５と給湯側ダクト１’との隙間に溶融金属１２が浸入しにくい。また浸入しても、耐熱性パッキン１８に浸透するため、その溶融金属１２が硬化しても、アダプタ１５を給湯側ダクト１’から引き抜く時に、硬化した溶融金属１２が強固に結着せず、アダプタ１５を抜き取ることの障害とはならない。

これに対して、図４に示した実施形態は、前述のような耐熱性パッキン１８を使用せずに給湯側ダクト１’の出口にアダプタ１５を着脱自在に嵌め込んだ例である。この実施形態では、前述のようにアダプタ１５の外周面と給湯側ダクト１’の内周面とに離型剤を塗布するが、アダプタ１５の外周に耐熱性パッキン１８は巻かずに、アダプタ１５を給湯側ダクト１’の出口に直接嵌め込んでいる。アダプタ１５の外周面と給湯側ダクト１’の出口内周面とが密に接するようにそれらの内外径の嵌め合い寸法をとる。さらにアダプタ１５の端部を、その外径が給湯側ダクト１’の出口内径より大きくなるようなフランジ形とし、その部分をホースバンドのようなリング状の固定具１９で給湯側ダクト１’の先端部に固定する。

図５は、本発明による溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置の他の実施例を示す断面図である。この図３の実施例は、溶融金属用誘導電磁ポンプのポンプ側ダクト１を垂直に設置し、その下端を溶融金属１２の液面からその中に差し込んだ例である。誘導子１４は溶融金属１２の液面より上にある。従ってこの場合は、溶融金属１２を汲み上げるとき、誘導子１４による推進力が作用する高さまで溶融金属１２をポンプ側ダクト１の中に押し上げる必要がある。その手段としては、給湯側ダクト１’側からの空気吸引によるダクト１、１’内の減圧等の手段を挙げることが出来る。

この図５に示した溶融金属供給装置では、前記ポンプ側ダクト１の上端にエルボ状の給湯側ダクト１’が接続されており、この給湯側ダクト１’の出口側は若干の勾配が設けられているが、水平に近い。
この給湯側ダクト１’の出口にアダプタ１５が嵌め込まれている。この溶融金属供給装置の場合、給湯側ダクト１’の出口側は水平に近いため、その出口における溶融金属１２のレベル検知は行わない。従ってアダプタ１５は、主として給湯側ダクト１’の出口における溶融金属１２の流速確保に適用される。
その他については、図１に示した実施例と同様であり、同じ部分は同じ符合で示している。

図６は、本発明による溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置のさらに他の実施例を示す断面図である。この図６の実施例は、浸漬形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプを使用した例である。このタイプの環状溶融金属用誘導電磁ポンプは誘導子１４をセラミック等の耐熱性及び耐蝕性を有する材料からなる保護ケース１６の中に収納し、ポンプの部分のほぼ全体を溶融金属１２の中に浸漬している。保護ケース１６の下端中央に溶融金属１２を導入する孔があり、この部分にポンプ側ダクト１の下端が接合されている。このダクト１の下端の孔からダクト１内に溶融金属１２を汲み上げる形式である。保護管３はフランジ２１によりポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との接続部から誘導子１４の高さまで吊り下げられている。その接続部は縦方向の蓋２２と横方向の蓋２２’により閉じられている。コア２は、縦方向の蓋２２から棒２３により誘導子１４の高さまで吊り下げられている。
このような構造からも明らかな通り、この浸漬型の溶融金属誘導電磁ポンプを使用した溶融金属供給装置では、図５に示した溶融金属誘導電磁ポンプのように、誘導子１４にまで溶融金属１２を押し上げる他の手段を必要としない。

この図６に示した溶融金属供給装置にも、その給湯側ダクト１’の出口にアダプタ１５が嵌め込まれている。この溶融金属供給装置の場合、図５により前述した溶融金属供給装置と同様に、給湯側ダクト１’は水平に近いため、アダプタ１５は、主として給湯側ダクト１’の出口における溶融金属１２の流速確保に適用される。
その他、誘導電磁ポンプそのものの構造及びダクト１、１’の接続は基本的に図５に示したものと同様であり、同じ部分は同じ符号で示している。その詳細は重複するので説明を省略する。

本発明による溶融金属供給装置では、例えば、ダイキャスト等の分野で精密鋳造のための溶融金属供給システムとして適用が可能である。しかも、構造や制御も簡便であり、容易に実施出来るので、定量の溶融金属１２の間欠的な供給が容易に適用出来る。

１ ポンプ側ダクト
１’ 給湯側ダクト
１２ 溶融金属
１５ アダプタ
１８ 耐熱性パッキン

Claims (4)

1. ダクト１を通して溶融金属１２を搬送先に供給する溶融金属供給装置において、ダクト１内にその内径を細径化する円筒状のアダプタ１５を嵌め込んだことを特徴とする溶融金属供給装置。
2. アダプタ１５がダクト１の出口近くに嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属供給装置。
3. アダプタ１５の外周に耐熱性パッキン１８が巻かれた状態でダクト１に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属供給装置。
4. 耐熱性パッキンが窒化ホウ素を含浸させたセラミック繊維からなることを特徴とする請求項３に記載の溶融金属供給装置。

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