JP4989338B2 - 溶融金属用誘導循環ガス放出装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属中に含まれるガスを同溶融金属から放出させるガス放出装置に関し、特に円筒形の誘導子の長手方向に配置した複数のコイルに順次移動、変化する交番磁界を形成し、この移動する交番磁界により溶融金属に推力を与えて循環すると共に振動を与え、同溶融金属の中に含まれるガス成分を放出させる溶融金属用誘導形循環ガス放出装置に関する。

例えばアルミニウムダイキャスト装置によりアルミニウム鋳物を製造する場合、アルミニウムのインゴットを溶融炉に入れて溶融した後、機械的な給湯装置や電磁ポンプ等の電磁的な給湯装置によりダイキャスト装置の型内キャビティに給湯し、アルミニウム鋳物を鋳造する。

このようなプロセスにおいて、溶融アルミニウムには何らかの原因でガス成分が混入する。最も一般的なものは、空気中に含まれるＮ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２である。このうちＯ_２は溶融アルミニウム中においてＡｌと反応し、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）としてスラグとなり、溶融アルミニウムの湯面に浮遊する。また、水分であるＨ_２Ｏも、溶融アルミニウム中においてＡｌと反応してスラグになると共に、水素ガスＨ_２が溶融アルミニウム中に発生する。この結果、溶融アルミニウム中には窒素ガスＮ_２と水素ガスＨ_２が主として混在することになる。

このような溶融アルミニウム中に含まれるガス成分は、アルミニウム鋳物の中に、いわゆる「鬆」と呼ばれる微細な空孔（欠損）を発生させ、鋳物の強度が脆弱をもたらす原因となる。また特に水素ガスは溶融アルミニウムの内部に空気中の酸素を取り込む原因となり、水素と酸素の活性の高い元素による内部腐蝕をもたらす原因となる。

このため、溶融アルミニウム中からガスを放出する幾つかの手段が提案されている。例えば、特開２００６−３４２３８３号公報に記載されたように、溶融アルミニウムを攪拌することで溶融アルミニウム中からガスを放出するものである。また、特開平１１−１９７６３号公報に記載されたものは、湯面の上を不活性ガスで置換し、溶融アルミニウム中からガスを放出させるものである。さらに特開平７−３３２８７１号公報は、溶融アルミニウム中に不活性ガスを噴出すると共に溶融アルミニウムを攪拌し、ガス放出を行うものである。

このような溶融アルミニウム中からガスを放出する手段は、何れも溶融アルミニウム中からガスを十分に放出することは出来なかった。例えば、前述した溶融アルミニウムを攪拌するガス放出手段は、ガスの放出効率に限度があり、溶融アルミニウムを攪拌することでさらに内部に新たなガスを取り込んでしまうこともある。また、湯面の上を不活性ガスで置換する手段は、溶融アルミニウム中からガスを放出させる部分が狭い一定の範囲に限られ、溶湯の全体の脱ガスは不可能である。さらに溶融アルミニウム中に不活性ガスを噴出すると共に溶融アルミニウムを攪拌する手段では、結局溶融アルミニウム中に窒素ガス等の不活性ガスが残ることになり、かえってガスの残存量を増大する結果になる。
特開２００６−３４２３８３号公報 特開平１１−１９７６３号公報 特開平７−３３２８７１号公報

本発明は、前記従来の溶融金属中のガスを放出する手段の課題に鑑み、溶融金属の表面からのガスの再取り込み等が起こらず、溶融金属の全体にわたってその中のガスを放出することが出来、これにより残存ガスによるいわゆる鋳物等の内部に発生する鬆を抑え、その脆弱化を防止することを可能とするのを目的とする。

本件発明者らは、溶融金属、特に溶融アルミニウムの給湯装置として誘導電磁ポンプの開発、製造に携わっている。その中で、溶融アルミニウムを誘導電磁ポンプで給湯するため、溶融アルミニウムに推力を与えて流れを形成すると共に振動を与えると、溶融金属からガスが放出されることに着目した。

本発明は、このような着目を基礎になされたもので、誘導溶融金属電磁ポンプの原理を応用して溶融金属１２に推力を与えて循環させながら、振動を与え、その溶融金属に含まれるガスを外部に放出するようにしたものである。

すなわち、本発明による溶融金属用誘導循環ガス放出装置は、筒状の外ダクト１０を囲むように配置され、移動磁界を発生させて前記外ダクト１０の中に溶融金属を汲み上げる誘導子１と、前記外ダクト１０の内側に設けられ、外ダクト１０を通して汲み上げられた溶融金属を元に還流させる筒状の内ダクト６を有し、この内ダクト６の壁部に前記誘導子１との間で移動磁界の磁路を形成する磁性体のコア７を収納したものである。

このような溶融金属用誘導循環ガス放出装置では、円筒形の誘導子１に移動磁界を発生させると、その内側にある外ダクト１０を通して溶融金属１２に推力が与えられ、これをを汲み上げることが出来る。この溶融金属１２の汲み上げの結果、液面が上昇した溶融金属１２は中央の内ダクト６に入る。内ダクト６を囲む壁部には、前記誘導子１との間で移動磁界の磁路を形成する磁性体のコア７が収納されているため、誘導子１により生じた磁界の磁路は、誘導子１とコア７の間のみに形成される。従って、内ダクト６の中には誘導子１の移動磁界は及ばないため、溶融金属は推力を受けず、内ダクト６を通って還流される。こうして溶融金属１２は循環しながら振動を受けるため、溶融金属１２は流れながらにして振動を受けることになる。この結果、溶融金属１２の内部からガスが放出される。そして、溶融金属１２は循環しながらガス放出をするため、例えば溶融金属を満たした溶融金属槽全体のガス放出が可能となる。

このような観点から、循環する溶融金属１２に効果的に振動を与えるため、コア７は、その一部にバネ部７ｂを有することが好ましい。こうすることにより、本発明の装置を運転する際に、コア７が振動源となって溶融金属１２に確実に振動を与え、ガス放出効果を高めることが出来る。

以上説明した通り、本発明による溶融金属用誘導循環ガス放出装置では、溶融金属１２に推力を与え、外ダクト１０と内ダクト６を通して溶融金属１２を循環させながら、振動を与えて溶融金属１２に含まれるガスを放出することが出来る。これにより、特定の位置にある溶融金属だけでなく、例えば溶融金属槽に収納された溶融金属１２の全体からガスを放出出来るようになり、溶融金属１２から成型される鋳物等に巣等の不良が生じにくくなる。

本発明では、溶融金属用誘導電磁ポンプの原理を応用して溶融金属に推力を与えて循環させながら、振動を与え、その溶融金属に含まれるガスを外部に放出するようにし、その目的を達成するものである。
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と図２は、特に誘導子１の部分を溶融金属１２に浸漬して使用する浸漬型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置の一例を示す。
図１と図２に示すように、図示の装置は、内ダクト６と外ダクト１０との二重のダクト構造を有している。外ダクト１０は内ダクト６は上下にずれていて、それらは若干高さが異なる位置に設けられ、外ダクト１０の上端部は内ダクト６より上にあり、内ダクト６の下端部は外ダクト１０より下にある。その間の中間部分は上下の位置が重なり合っている。

外ダクト１０を囲むように誘導子１が設けられている。この誘導子１は、外ダクト１０を囲むように縦に設けられたヨーク２に横に配列して３相のコイル３を巻回したもので、縦型３相リニアモータの誘導子と同様の構造をなしている。従ってコイルは３の整数倍の数だけ巻回されている。この誘導子１は、セラミックからなる保護ケース４により囲まれている。この保護ケース４の上端は、前記誘導子１を吊り下げたフランジ５に固定されている。保護ケース４の下端側は、誘導子１の下側を閉じるように延びており、その中心部分は開口している。

前記外ダクト１０は、誘導子１の内側に配置された縦形の円筒状のものである。この外ダクト１０には、前記誘導子１により囲まれた部分をカバーするように、その外側にヒータ１６が巻かれており、このヒータ１６にはヒータ電源１７が接続されている。

この外ダクト１０の下端は、内ダクト８の下端寄りの位置に設けられたフランジ１１の外周部分を介して前記保護ケース４の下端の開口部の縁の部分に支持され、耐熱ガスケットによりシールされている。この外ダクト１０の上端は、前記誘導子１のフランジ５に設けた取り付け金具１９により押さえられ、外ダクト１０の下端が前記保護ケース４の下端の開口部の縁の部分に押し付けられている。

外ダクト１０の上端開口部には、前記取り付け金具１９を介して蓋板１３が被せられている。この蓋板１３には外ダクト１０の内側上部の気体を排気するための排気ポンプ１４が接続されている。さらに、この蓋板１３には外ダクト１０の内側上部にＮ_２やＡｒ等の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給源１５が接続されている。

内ダクト６は、外ダクト１０の内側に同心円状に配置された縦形の円筒状のもので、前述したように、外ダクト１０よりやや低い位置に配置されている。図３と図４にその詳細を示すように、この内ダクト６の壁部には、磁性体製の円筒形のコア７が埋め込まれおり、このコア７は、内ダクト６の壁部を構成する円筒鞘状の保護管８の中に収納されている。図１に示されたように、このコア７の高さは、誘導子１と同じ高さに設定される。図３と図４にその詳細を示すように、この保護管８の下端側は、アルミナセメントに骨材を混合したキャスタブルと呼ばれる耐火セメント９が充填されている。

図５は、前記内ダクト６の外壁を形成する保護管８の中に収納されるコア７の例を示す図である。図５（Ａ）では、コア７の上端側の部分が螺旋状に切り取られ、コア７と一体のバネ部７ａが設けられている。このバネ部７ａに連なるコア７の上端部はバネ部７ａと一体のヘッド部７ａとなっている。図５（Ｂ）では、コア７の上端側の部分にコア７とは別体のコイル状のバネ部７ａが固定されており、その上端にヘッド部７ａが固定されている。何れもコア７の上端部にバネ部７ｂを有する点で共通している。

図１に示されたように、内ダクト６の下端寄りの外周部分には、フランジ１１が固定され、前記外ダクト１０の下端がこのフランジ１１の外周部分を介して前記保護ケース４の下端の開口部の縁の部分に支持され、耐熱ガスケットによりシールされていることは前述の通りである。このフランジ１１の内周寄りの部分には、内ダクト６と外ダクト１０との間に溶融金属の流路を確保するための図２〜図４に示すような部分円弧状の流通孔１８が設けられている。

このような浸漬型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置は、図１に示されたように、保護ケース４で囲まれた誘導子１を溶融金属槽等に収納した溶融金属１２の中にほぼ浸漬した状態で使用する。このとき、外ダクト１０はヒータ１６により溶融金属１２の融点以上の温度に加熱される。

この状態で、誘導子１の三相コイル３に三相交流を流し、同誘導子１に移動磁界を発生させると、電磁誘導により内ダクト６と外ダクト１０との間にある溶融金属１２が推力を受け、溶融金属１２がフランジ１１の流通孔１８を通して汲み上げられる。この溶融金属１２の液位が内ダクト６の上端を越えると、溶融金属１２が内ダクト６の中に流れ込む。内ダクト６は、磁性体製のコア７に囲まれているため、誘導子１のヨーク２とコア７により形成される磁路の内側にあり、僅かな漏洩磁界を除けば誘導子１の移動磁界が及ばない。このため、内ダクト６の中の溶融金属は推力を失う。これにより、溶融金属１２は、内ダクト６の中を下方に流れ、元の溶融金属槽に還流する。

このようにして外ダクト１０と内ダクト６の中を溶融金属１２が循環すると共に、振動を受けるため、溶融金属１２は流れながらにして振動を受ける。この結果、溶融金属１２の内部からガスが放出される。そして、溶融金属１２は循環しながらガス放出をするため、例えば溶融金属を満たした溶融金属槽全体のガス放出が可能となる。これと同時に、外ダクト１０と内ダクト６の上部では、排気ポンプ１４により、溶融金属１２から放出されたガスが排気されると共に、不活性ガス供給源１５からＮ_２やＡｒ等の不活性ガスが供給され、放出したガスが不活性ガスに置換される。

図５に示したようなコア７は、その一部にバネ部７ｂを有するため、コア７の上端から振動が発生する。これにより、溶融金属１２に確実に振動を与え、ガス放出効果を高めることが出来る。特にコア７の上端部分にバネ部７ｂを設けたことにより、溶融金属１２が外ダクト１０から内ダクト６の中へ流れ込む時に、その液面近くでガスを放出しやすくなるため、溶融金属１２からガスの排出が容易に行える。すなわち、溶融金属１２の液面から離れた深い部分でガスを放出するよりも、液面近くでガスを放出しやすくしているので、ガスが溶融金属１２の液面から容易に放出される。

図６は、本発明による特にポンプの部分を溶融金属１２に浸漬せずに外部に置いて使用する外置型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置の一例を示す。
この実施形態は、図１〜図５により前述した浸漬型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置と基本的には共通しており、同じ部分は同じ符合で示している。それらの詳細な説明は重複するため省略し、以下相違点について説明する。

ヨーク２にコイル３を巻回した誘導子１は溶融金属１２の液面より上に設置してある。従って誘導子１を溶融金属１２から保護する保護ケースは不要である。内ダクト６と外ダクト１０との下端部のみが溶融金属１２に浸漬してあり、最初だけ排気ポンプで減圧し、誘導子１のコイル３の下側（１層目のコイル）の位置まで溶融金属１２を持ち上げて、ここから誘導子１に与える移動磁界により溶融金属１２を内ダクト６のコア７の上端よりやや上の位置まで汲み上げる。内ダクト６のコア７の上端よりやや上には流通孔１８’が設けられていて、汲み上げられた溶融金属はこの流通孔１８’を通って内ダクト６の中に流れ込み、元の溶融金属槽等に還流される。この過程で、溶融金属に振動が与えられ、ガス放出が行われることは、図１〜図５により前述した実施形態と同じである。

前述したように、本発明では、鋳造工程等において、溶融金属の中に含まれるガスを放出したうえで給湯することが出来るので、鋳物の中に出来るいわゆる巣と呼ばれる微細な空孔の発生を防止出来ると共に、活性の高いガスによる内部腐食を防止出来る。これにより信頼性が高い溶融金属の供給が可能になるという産業上の利用可能性がある。

本発明によるポンプの部分を溶融金属１２に浸漬して使用する浸漬型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置の一例を示す縦断側面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 図１に示した浸漬型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置の内ダクトを拡大して示した縦断側面図である。 図３のＢ−Ｂ’断面図である。 図１に示した浸漬型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置の内ダクトのコアを拡大して示した縦断側面図である。 本発明によるポンプの部分を溶融金属１２に浸漬しないで使用する外置型の溶融金属用誘導循環ガス放出装置の一例を示す縦断側面図である。

符号の説明

１ 誘導子
６ 内ダクト
７ コア
７ｂ コアのバネ部
１０ 外ダクト
１２ 溶融金属

Claims (2)

1. 溶融金属中に含まれるガスを同溶融金属から放出させるガス放出装置において、筒状の外ダクト（１０）を囲むように配置され、移動磁界を発生させて前記外ダクト（１０）の中に溶融金属を汲み上げる誘導子（１）と、前記外ダクト（１０）の内側に設けられ、外ダクト（１０）を通して汲み上げられた溶融金属を元に還流させる筒状の内ダクト（６）とを有し、この内ダクト（６）の壁部に前記誘導子（１）との間で移動磁界の磁路を形成する磁性体のコア（７）を収納したことを特徴とする溶融金属用誘導形循環ガス放出装置。
2. コア（７）は、その一部にバネ部（７ｂ）を有することを特長とする請求項１に記載の溶融金属用誘導循環ガス放出装置。

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