JP2022098093A - 金属溶湯ポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】溶湯流路を容易且つ低コストで新しくすることが可能な金属溶湯ポンプを提供する。【解決手段】金属溶湯ポンプ1は、側壁11および底壁12を有する有底筒体10と、吸込口P1と吐出口P2を繋ぐ溶湯流路Cを有し、有底筒体とは別体の溶湯流路体20と、磁場装置31および電動機32を有し、溶湯流路Cの金属溶湯を駆動する溶湯駆動部30とを備え、磁場装置31は交互に異なる磁極が回転軸33の円周に沿って並ぶように配列された複数の永久磁石31aを有し、溶湯流路体20は、側壁11の周囲の位置であって、複数の永久磁石31aのうち、第1の永久磁石からの磁力線MLが、側壁11および内側流路壁21を貫通して溶湯流路Cに至り、溶湯流路Cから内側流路壁21および側壁11を貫通して第1の永久磁石に隣り合う第2の永久磁石に戻る位置に、有底筒体10に着脱可能に設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、金属溶湯ポンプ、より詳しくは、炉内の金属溶湯を循環させたり、あるいは搬送する金属溶湯ポンプに関する。
従来、非鉄金属の溶湯(以下、単に「金属溶湯」という。)を電磁力により駆動する金属溶湯ポンプが知られている。たとえば、特許文献1には、永久磁石から出る磁力線が金属溶湯を貫通しながら移動することにより生じる電磁力を利用して金属溶湯を駆動する金属溶湯ポンプが記載されている。この金属溶湯ポンプでは、円筒状容器の内部に永久磁石が回転可能に配置され、円筒状容器の側壁内に螺旋状の溶湯流路が設けられている。
特許文献1の金属溶湯ポンプは本発明者によりなされたものであるが、本発明者はその後も、より実用的で高性能な金属溶湯ポンプの実現に向けて鋭意研究開発を進めてきた。そのなかで以下の課題を独自に見出すに至った。
金属溶湯ポンプの使用を中断する際、金属溶湯が流路内で少しずつ凝固することにより、溶湯流路の流路断面積が狭くなってゆく。その結果、金属溶湯ポンプの吐出量(吐出圧)が減少したり、最悪の場合、金属溶湯ポンプが使用できない状態となる。反対に、金属溶湯ポンプの使用時に、溶湯流路を流動する金属溶湯により、溶湯流路が削られることもある。いずれにしても、金属溶湯ポンプの使用に伴って溶湯流路が損耗することは避けがたい。
金属溶湯ポンプの性能を維持するために溶湯流路を新しくしようとすると、上記の金属溶湯ポンプの場合、円筒状容器に溶湯流路が形成されているため、本体部分を構成する円筒状容器を新しいものに交換せねばならず、多大なコスト(お金および時間)を要する。
また、金属溶湯ポンプの吐出量を増やすことが望まれるところ、溶湯流路の流路断面積を増やそうとすると、従来の金属溶湯ポンプの場合、側壁の厚肉化により円筒状容器の重量の増加を招き、金属溶湯ポンプの炉内設置工事が難しくなる等、扱いやすさに関する問題が生じる。
本発明は、上記の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、溶湯流路を容易且つ低コストで新しくすることが可能な金属溶湯ポンプを提供することである。
本発明に係る金属溶湯ポンプは、
炉内の金属溶湯を駆動する金属溶湯ポンプであって、
側壁および底壁を有する有底筒体と、
吸込口と吐出口を繋ぐ溶湯流路を有し、前記有底筒体とは別体の溶湯流路体と、
前記有底筒体の内部に縦向きの回転軸の周りに回転可能に配置された磁場装置と、前記磁場装置を回転させる電動機とを有し、前記溶湯流路の金属溶湯を駆動する溶湯駆動部と、
を備え、
前記磁場装置は、交互に異なる磁極が前記回転軸の円周に沿って並ぶように配列された複数の永久磁石を有し、
前記溶湯流路体は、前記有底筒体の前記側壁の周囲の位置であって、前記複数の永久磁石のうち、第1の永久磁石からの磁力線が、前記有底筒体の前記側壁および前記溶湯流路体の内側流路壁を貫通して前記溶湯流路に至り、前記溶湯流路から前記溶湯流路体の前記内側流路壁および前記有底筒体の前記側壁を貫通して前記第1の永久磁石に隣り合う第2の永久磁石に戻る、位置に、前記有底筒体に着脱可能に設けられていることを特徴とする。
炉内の金属溶湯を駆動する金属溶湯ポンプであって、
側壁および底壁を有する有底筒体と、
吸込口と吐出口を繋ぐ溶湯流路を有し、前記有底筒体とは別体の溶湯流路体と、
前記有底筒体の内部に縦向きの回転軸の周りに回転可能に配置された磁場装置と、前記磁場装置を回転させる電動機とを有し、前記溶湯流路の金属溶湯を駆動する溶湯駆動部と、
を備え、
前記磁場装置は、交互に異なる磁極が前記回転軸の円周に沿って並ぶように配列された複数の永久磁石を有し、
前記溶湯流路体は、前記有底筒体の前記側壁の周囲の位置であって、前記複数の永久磁石のうち、第1の永久磁石からの磁力線が、前記有底筒体の前記側壁および前記溶湯流路体の内側流路壁を貫通して前記溶湯流路に至り、前記溶湯流路から前記溶湯流路体の前記内側流路壁および前記有底筒体の前記側壁を貫通して前記第1の永久磁石に隣り合う第2の永久磁石に戻る、位置に、前記有底筒体に着脱可能に設けられていることを特徴とする。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記溶湯流路の縦断面形状は、縦長の略矩形であるようにしてもよい。
前記溶湯流路の縦断面形状は、縦長の略矩形であるようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記磁場装置の前記複数の永久磁石は、前記溶湯流路よりも縦方向の長さが大きく、かつ、側面視で縦方向について前記溶湯流路を包含するようにしてもよい。
前記磁場装置の前記複数の永久磁石は、前記溶湯流路よりも縦方向の長さが大きく、かつ、側面視で縦方向について前記溶湯流路を包含するようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記溶湯流路体は、前記有底筒体の前記側壁を取り巻くように設けられているようにしてもよい。
前記溶湯流路体は、前記有底筒体の前記側壁を取り巻くように設けられているようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記溶湯流路体は、平面形状が略U字状であるようにしてもよい。
前記溶湯流路体は、平面形状が略U字状であるようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記溶湯駆動部の前記磁場装置および前記電動機を覆い、冷却空気が前記磁場装置および前記電動機を流れるための冷却空気流路を画成するように構成された断熱フードをさらに備えてもよい。
前記溶湯駆動部の前記磁場装置および前記電動機を覆い、冷却空気が前記磁場装置および前記電動機を流れるための冷却空気流路を画成するように構成された断熱フードをさらに備えてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記断熱フードは、
前記磁場装置を収容する空間を前記有底筒体とともに画成するベースプレートに固定され、前記電動機を覆い、冷却空気を取り入れるための空気取入口が設けられた固定フードと、
前記固定フードとともに前記冷却空気流路を画成し且つ前記磁場装置の外周面を覆うように前記磁場装置に取り付けられ、前記磁場装置とともに回転する可動フードと、
を有してもよい。
前記断熱フードは、
前記磁場装置を収容する空間を前記有底筒体とともに画成するベースプレートに固定され、前記電動機を覆い、冷却空気を取り入れるための空気取入口が設けられた固定フードと、
前記固定フードとともに前記冷却空気流路を画成し且つ前記磁場装置の外周面を覆うように前記磁場装置に取り付けられ、前記磁場装置とともに回転する可動フードと、
を有してもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記固定フードは、
下端部が前記ベースプレートの上面に固定された上側固定フードと、
上端部が前記ベースプレートの下面に固定された下側固定フードと、
を有してもよい。
前記固定フードは、
下端部が前記ベースプレートの上面に固定された上側固定フードと、
上端部が前記ベースプレートの下面に固定された下側固定フードと、
を有してもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記固定フードおよび前記可動フードには断熱材が張られていてもよい。
前記固定フードおよび前記可動フードには断熱材が張られていてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記固定フードおよび前記可動フードは、金属材料からなるようにしてもよい。
前記固定フードおよび前記可動フードは、金属材料からなるようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記固定フードの下端部が前記可動フードに上端部に遊挿されている、または、前記可動フードの上端部が前記固定フードの下端部に遊挿されているようにしてもよい。
前記固定フードの下端部が前記可動フードに上端部に遊挿されている、または、前記可動フードの上端部が前記固定フードの下端部に遊挿されているようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記ベースプレートには、前記固定フードの内側に位置する第1の空気孔と、前記固定フードの外側に位置する第2の空気孔とが設けられており、
前記固定フードの前記空気取入口から取り入れられた冷却空気は、前記第1の空気孔を通って前記冷却空気流路を下方に流れ、前記磁場装置を通って前記可動フードの下端部から放出され、その後、前記有底筒体の前記側壁と前記断熱フードとの間の空間を通って前記第2の空気孔から外部に排出されるようにしてもよい。
前記ベースプレートには、前記固定フードの内側に位置する第1の空気孔と、前記固定フードの外側に位置する第2の空気孔とが設けられており、
前記固定フードの前記空気取入口から取り入れられた冷却空気は、前記第1の空気孔を通って前記冷却空気流路を下方に流れ、前記磁場装置を通って前記可動フードの下端部から放出され、その後、前記有底筒体の前記側壁と前記断熱フードとの間の空間を通って前記第2の空気孔から外部に排出されるようにしてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記有底筒体は、前記側壁から径方向外側に突出する支持部を有し、前記溶湯流路体は前記支持部により前記有底筒体に着脱可能に支持されてもよい。
前記有底筒体は、前記側壁から径方向外側に突出する支持部を有し、前記溶湯流路体は前記支持部により前記有底筒体に着脱可能に支持されてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記電動機は、前記金属溶湯の吐出量に応じて前記磁場装置の回転数を可変なものとして構成されてもよい。
前記電動機は、前記金属溶湯の吐出量に応じて前記磁場装置の回転数を可変なものとして構成されてもよい。
また、前記金属溶湯ポンプにおいて、
前記溶湯流路の前記吐出口に接続されており、前記金属溶湯を汲み上げるための溶湯排出管をさらに備えてもよい。
前記溶湯流路の前記吐出口に接続されており、前記金属溶湯を汲み上げるための溶湯排出管をさらに備えてもよい。
本発明によれば、溶湯流路を容易且つ低コストで新しくすることが可能な金属溶湯ポンプを提供することができる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。
<金属溶湯ポンプ>
図1~図5を参照して、実施形態に係る金属溶湯ポンプ1の構成について説明する。図1は、図2のA-A線に沿う断面図であり、金属溶湯ポンプ1の概略的な構成を示している。
図1~図5を参照して、実施形態に係る金属溶湯ポンプ1の構成について説明する。図1は、図2のA-A線に沿う断面図であり、金属溶湯ポンプ1の概略的な構成を示している。
本実施形態に係る金属溶湯ポンプ1は、溶解炉、保持炉等の炉内の金属溶湯に一部(少なくとも溶湯流路体20)が浸漬され、後述するように、渦電流による電磁力を利用して金属溶湯を駆動するように構成されている。
金属溶湯ポンプ1は、図1に示すように、有底筒体(本体)10と、金属溶湯が流れる溶湯流路Cが設けられた溶湯流路体20と、溶湯流路Cの金属溶湯を駆動する溶湯駆動部30と、溶湯駆動部30を熱的に保護する断熱フード40と、有底筒体10の内部空間を仕切るとともに溶湯駆動部30を支持するベースプレート50と、を備えている。
以下、金属溶湯ポンプ1の各構成について詳しく説明する。
有底筒体10は、側壁11および底壁12を有する有底の筒体である。側壁11は円筒状に構成されている。底壁12は側壁11の下端部を閉塞する。本実施形態では、図1および図3に示すように、有底筒体10は、側壁11から径方向外側に突出する支持部(フランジ部)13を有する。この支持部13により、溶湯流路体20は有底筒体10に着脱可能に支持される。
有底筒体10は、非磁性であり且つ耐火性を有する材料から構成される。
なお、有底筒体10は、側壁11と底壁12が一体に成形されたものであることが好ましい。この場合、モルタル等を型枠に流し込むことで一体成形の有底筒体10を製造する。
溶湯流路体20は、有底筒体10とは別体のものとして、有底筒体10の側壁11の周囲の位置に設けられている。溶湯流路体20は、金属溶湯ポンプ1の使用時において炉内の金属溶湯に浸漬され、溶湯流路Cは金属溶湯で満たされる(図7参照)。溶湯流路体20は、非磁性であり且つ耐火性を有する材料からなり、たとえば、有底筒体10と同じ材料から構成される。
溶湯流路体20の内部には、吸込口P1と吐出口P2を繋ぐ溶湯流路Cが設けられている。本実施形態の溶湯流路Cは、縦断面が閉じた形状に形成されている。詳しくは、溶湯流路体20は、図1に示すように、内側流路壁21、外側流路壁22、上側流路壁23および下側流路壁24を有しており、これらの流路壁により、縦断面形状が略矩形の溶湯流路Cが形成されている。このように溶湯流路Cは上方が開いていないため、金属溶湯の吐出圧を容易に高めることができる。溶湯流路体20は、内側流路壁21、外側流路壁22、上側流路壁23および下側流路壁24が一体成形されたものであることが好ましい。
なお、好ましくは、溶湯流路Cの縦断面形状は縦長の略矩形である。これにより、流路断面積が一定の条件においては、溶湯流路Cの径方向の長さが比較的短くなるため、磁場装置31の磁力線が溶湯流路Cの金属溶湯を貫通し易くなり、金属溶湯の駆動力を向上させることができる。
また、図1に示すように、磁場装置31の複数の永久磁石31aの縦方向の長さ(L1)は溶湯流路Cの縦方向の長さ(L2)よりも大きく(すなわち、L1>L2)、かつ、側面視で縦方向について溶湯流路Cを包含するようにしてもよい。これにより、溶湯流路Cにおいて磁場装置31の磁力線は互いにほぼ平行となる。その結果、金属溶湯ポンプの駆動力を制御しやすくなり、金属溶湯の吐出量を調整しやすくすることができる。
なお、溶湯流路Cの縦断面形状は矩形に限られるものではなく、円形、楕円形、多角形等であってもよい。また、高い吐出圧が要求されない場合、溶湯流路Cは上側流路壁23を削除して、上方が開いたものであってもよい。この場合、炉内の金属溶湯の湯面が外側流路壁22の上端よりも低い必要がある。
また、図2に示すように、金属溶湯を吸い込みやすくするために、吸込口P1が吐出口P2よりも広くなるように溶湯流路Cの入口付近はテーパー状に形成されてもよい。
また、溶湯流路Cの幅は、有底筒体10の側壁11の厚さよりも大きくてもよい。これにより、従来の側壁に流路を設ける場合に比べて、流路断面積が大きくなり、吐出量を増やすことができる。
本実施形態では、図2に示すように、溶湯流路体20は、平面形状が略U字状である。このように溶湯流路Cが側壁11を取り巻くように配置されることにより、溶湯流路Cの金属溶湯を効率良く駆動することができる。ただし、溶湯流路体20の平面形状はU字状に限られず、たとえば、略C字状、略L字状等であってもよい。また、溶湯流路体20は螺旋状の溶湯流路Cを有してもよい。
溶湯流路体20は、図3および図4に示すように、有底筒体10に着脱可能に設けられている。図3は金属溶湯ポンプ1から溶湯流路体20を取り外した本体部分の平面図を示し、図4は金属溶湯ポンプ1から取り外された溶湯流路体20の平面図を示している。
溶湯流路体20は、有底筒体10の側壁11の周囲の位置であって、磁場装置31の複数の永久磁石31aのうち、第1の永久磁石からの磁力線が、側壁11および溶湯流路体20の内側流路壁21を貫通して溶湯流路Cに至り、溶湯流路Cから内側流路壁21および側壁11を貫通して第1の永久磁石に隣り合う第2の永久磁石に戻る、位置に、有底筒体10に着脱可能に設けられている。
なお、有底筒体10と溶湯流路体20との間の接続形態は、有底筒体10の支持部13によるものに限られない。他の例として、有底筒体10の側壁11に凸部(または凹部)を設け、溶湯流路体20の内側流路壁21に凹部(または凸部)を設け、側壁11の凸部と、内側流路壁21の凹部が嵌合することにより、溶湯流路体20が有底筒体10に着脱可能に接続されるようにしてもよい。さらに別の例として、側壁11および外側流路壁22にそれぞれ、固定用の穴(図示せず)を形成しておき、各穴に、連結部材(たとえば、コの字状の接続部材)の端部を挿入することにより、溶湯流路体20を有底筒体10に着脱可能に接続してもよい。
また、溶湯流路体20として、溶湯流路Cの流路断面積(高さ等)が異なる複数のものを用意して、所望の吐出量などに応じて使い分けてもよい。
なお、図1では、溶湯流路体20の内側流路壁21が有底筒体10の側壁11に隙間なく接している。これにより、溶湯流路Cと磁場装置31との間の距離が短くなり、溶湯流路Cの金属溶湯を貫く磁場が強くなることから、金属溶湯の駆動力を高くすることができる。ただし、本発明は、これに限定されるものでなく、側壁11と内側流路壁21との間に隙間を空けてもよい。
次に、溶湯駆動部30について説明する。
溶湯駆動部30は、溶湯流路体20に形成された溶湯流路Cの金属溶湯を電磁力により駆動するように構成されている。溶湯駆動部30は、溶湯流路Cの金属溶湯を吸込口P1から吐出口P2に向けて駆動し、それにより、金属溶湯を吐出口P2から吐出させるとともに、炉内の金属溶湯を吸込口P1から溶湯流路Cに吸い込ませる。
溶湯駆動部30は、磁場装置(回転磁石体)31と、磁場装置31を回転させるための電動機32と、磁場装置31に接続された回転軸(回転シャフト)33と、カップリング(軸継手)34と、架台35と、ベアリングハウジング36とを有する。
磁場装置31は、図1に示すように、有底筒体10の内部に、縦向きの回転軸33の周りに回転可能に配置されている。この磁場装置31は、図1および図5に示すように、複数の永久磁石(磁石片)31aと、複数の永久磁石31aを支持する支持板31b,31cと、を有している。なお、図5では支持板31cは図示していない(図6についても同様である)。本実施形態では、4個の永久磁石31aが支持板31b上に固定されている。支持板31bと支持板31cは上下から挟み込むようにして複数の永久磁石31aを固定している。
各永久磁石31aは、外周部分および内周部分が磁極となるように磁化された外側面磁極および内側面磁極を有しており、外側面磁極が有底筒体10の側壁11に対向するように、磁場装置31は有底筒体10内に配置されている。
図5に示すように、複数の永久磁石31aは、回転軸33の円周上に配列されている。より詳しくは、複数の永久磁石31aは、交互に異なる外側面磁極が回転軸33の円周に沿って並ぶように配列されている。これにより、ある永久磁石31a(第1の永久磁石)のN極から出た磁力線MLは、その永久磁石に隣り合う永久磁石31a(第2の永久磁石)のS極に入る。なお、すべての永久磁石31aについて、このような磁力線MLが形成されるようにするために、永久磁石31aの個数は偶数個であることが好ましい。
図5に示すように、支持板31bには、断熱フード40内に導入された冷却空気が複数の永久磁石31aの周囲を流れるように、空気孔H5が設けられている。支持板31bの形状は図5に示すものに限られず、たとえば、略十字状であってもよい。支持板31cは支持板31bと同じ形状のものを使用してよい。
なお、磁場装置31は、支持板31bおよび支持板31cのいずれかを省略してもよい。支持板31bを省略する場合、複数の永久磁石31aは支持板31cにより支持(吊持)される。
図6は、変型例に係る磁場装置31Aの平面図である。この磁場装置31Aでは、支持板31bは板棒状であり、支持板31bの両端にそれぞれ永久磁石31aが固定されている。本変型例においても、2個の永久磁石31aは、交互に異なる磁極が回転軸33の円周に沿って並ぶように配列されている。
上記の他にも、6個の永久磁石31a、8個の永久磁石31a、・・・を有する磁場装置が想定される。一般に、磁場装置の永久磁石の数が少ないほど、磁力線MLが遠くまで到達するという利点がある。一方、磁場装置31の回転速度が同じ場合、金属溶湯における磁力線の時間変化は磁場装置の永久磁石31aの数が多いほど大きくなり、溶湯駆動力を増大させることができる。
電動機32は、図1に示すように、回転軸32aを有し、回転軸32aが縦向きになるように架台35の上に設置されている。回転軸32aは、カップリング34を介して回転軸33に接続されている。回転軸32aが回転することにより、磁場装置31は回転軸33の周りに回転する。
図1に示すように、電動機32は、接続導体61を介して電源制御盤60に電気的に接続されている。たとえば、電動機32は直流モータであり、電源制御盤60の正極の端子60aおよび負極の端子60bに接続されている。電源制御盤60の出力(電圧、電流等)を調整することにより、電動機32の回転速度(すなわち、磁場装置31の回転速度)を制御することができる。電動機32の回転速度を上げることで、溶湯流路体20の吐出口P2からの金属溶湯の吐出量を増やすことができる。このように、電動機32は、金属溶湯の吐出量に応じて磁場装置31の回転数を可変なものとして構成されている。
なお、電動機32の種類は特に限定されず、交流モータ等であってもよい。また、交流モータの場合、電動機32は電源制御盤60のインバータ(図示せず)により、回転速度が制御されてもよい。
回転軸33は、図1に示すように、ベアリングハウジング36およびベースプレート50(軸挿通孔H4)に挿通されており、磁場装置31と電動機32を接続する。回転軸33の下端は、磁場装置31(支持板31b)に固定され、回転軸33の上端は、カップリング34を介して電動機32の回転軸32aに接続されている。
ベースプレート50は、有底筒体10の内部空間を仕切るように設けられた板状部材である。このベースプレート50と有底筒体10により、磁場装置31を収容する空間が画成されている。ベースプレート50には、空気孔H2,H3および軸挿通孔H4が設けられている。詳しくは、図1に示すように、ベースプレート50には、固定フード41の外側に位置する空気孔H2と、固定フード41の内側に位置する空気孔H3および軸挿通孔H4とが設けられている。なお、ベースプレート50は、有底筒体10の上端部を閉塞する蓋板であってもよい。
カップリング34は、電動機32の回転軸32aと、磁場装置31に固定された回転軸33とを継合する軸継合部材である。
架台35は、ベースプレート50上に固定されている。架台35の上に電動機32が設置されている。架台35の上面は、冷却空気が通過できるように構成されている。たとえば、架台35の上面は網目状または格子状に形成されている。なお、回転軸32aと回転軸33が一体的に構成される等の場合は、架台35を省略して、電動機32をベースプレート50上に直接設置してもよい。
ベアリングハウジング36は、ベアリング(図示せず)を収容しており、図1に示すように、ベースプレート50の下面に固定されている。
次に、断熱フード40について説明する。
断熱フード40は、炉内の金属溶湯の熱から溶湯駆動部30(特に磁場装置31)を保護するために設けられている。この断熱フード40は、図1に示すように、溶湯駆動部30の磁場装置31および電動機32を覆い、外部から導入された冷却空気が磁場装置31および電動機32を流れるための冷却空気流路Sを画成するように構成されている。
本実施形態では、断熱フード40は、ベースプレート50に固定された固定フード41と、磁場装置31とともに回転する可動フード42とを有する。
固定フード41は、電動機32を覆い、外部から冷却空気を取り入れるための空気取入口H1が設けられている。本実施形態では、空気取入口H1は上側固定フード41aの上面に設けられている。空気取入口H1には、ブロワー(図示せず)が接続されてもよい。
可動フード42は、固定フード41とともに冷却空気流路Sを画成し且つ磁場装置31の外周面を覆うように磁場装置31に取り付けられている。本実施形態では、図1に示すように、可動フード42の上端部の内径は固定フード41(下側固定フード41b)の外径よりもわずかに大きい程度に調整されており、可動フード42の上端部に、固定フード41(下側固定フード41b)の下端部が遊挿されている。固定フード41と可動フード42との間にわずかな隙間が設けられることで、冷却空気が漏れることを抑制しつつ、可動フード42を回転可能としている。なお、可動フード42の上端部が、固定フード41(下側固定フード41b)の下端部に遊挿されるようにしてもよい。
断熱フード40(固定フード41および可動フード42)は、肉厚が比較的薄くても、所要の機械強度および耐熱性を満足する材料からなることが好ましく、たとえば、ステンレス等の金属材料からなる。可動フード42が金属材料からなる場合であっても、可動フード42は磁場装置31と一緒に回転するため、可動フード42に渦電流が発生することはない。このため、可動フード42の構成を採ることにより、固定フード41で磁場装置31を覆う場合と比べて、電動機32の回転速度を大幅に上げることができる(たとえば、最大500~750回転/分)。その結果、金属溶湯の駆動力を大幅に向上させることができる。
なお、断熱効果を高めるために、固定フード41および可動フード42に断熱材が張られていることが好ましい。
本実施形態の固定フード41は、上側固定フード41aと、下側固定フード41bとを有する。
上側固定フード41aは、下端部がベースプレート50の上面に固定された筒体である。本実施形態の上側固定フード41aは図1に示すように、上端部が閉じており、上面に空気取入口H1が設けられている。なお、空気取入口H1は、上側固定フード41aの側面に設けられてもよい。また、上側固定フード41aは上端部が開放された筒体であってもよい。上側固定フード41aの形状は、筒状に限られず、ドーム状等であってもよい。
下側固定フード41bは、上端部がベースプレート50の下面に固定された筒体である。本実施形態では、下側固定フード41bは、上端部および下端部が開放され、上端部がベースプレート50の下面に固定されている。
なお、固定フード41は、上側固定フード41aと下側固定フード41bのように別体とせず、一体のものとして構成されてもよい。この場合、たとえば、固定フード41はベースプレート50を貫通した状態でベースプレート50に固定される。
<金属溶湯ポンプ1の動作>
次に、上述した実施形態に係る金属溶湯ポンプ1の動作について説明する。
次に、上述した実施形態に係る金属溶湯ポンプ1の動作について説明する。
図7に示すように、炉100内の金属溶湯Mに金属溶湯ポンプ1を沈める。炉100は、たとえば、アルミニウム等の非鉄金属を溶解するための溶解炉、または金属溶湯を保持するための保持炉である。なお、非鉄金属は、たとえば、Al,Cu,Znもしくはこれらのうちの少なくとも2つの合金、またはMg合金であってもよい。
なお、金属溶湯ポンプ1を炉100内に設置する前に、熱衝撃を低減するため、有底筒体10および溶湯流路体20を予熱しておくことが好ましい。予熱処理は、たとえば、空気取入口H1から温風を吹き込むことにより行う。
その後、電源制御盤60を操作して、所望の吐出量に応じた回転速度で電動機32を駆動する。磁場装置31が回転することにより、ある永久磁石31aから出て隣接する永久磁石31aへ入る磁力線MLが溶湯流路Cの金属溶湯M’を貫通した状態で移動する。この磁力線MLの移動により金属溶湯M’に渦電流が発生する。この渦電流により金属溶湯M’に作用する電磁力によって、溶湯流路Cの金属溶湯M’は、図8に示すように、回転軸33の円周方向に駆動される。これにより、溶湯流路Cの金属溶湯M’は吐出口P2から吐出されるとともに、外部の炉100の金属溶湯Mが吸込口P1から溶湯流路Cに吸い込まれる。その結果、炉100内の金属溶湯が循環することとなる。
なお、金属溶湯ポンプ1の動作中は、空気取入口H1を介して冷却空気Aを断熱フード40の内部に吹き込み、磁場装置31および電動機32を冷却する。図7に示すように、固定フード41の空気取入口H1から取り入れられた冷却空気は、電動機32を冷却した後、空気孔H3を通って冷却空気流路Sを下方に流れ、磁場装置31を通って可動フード42の下端部から放出され、その後、有底筒体10の側壁11と断熱フード40との間の空間(冷却空気流路T)を通ってベースプレート50の空気孔H2から外部に排出される。これにより、冷却空気が有底筒体10の底部に滞留することを抑制し、磁場装置31および電動機32を効果的に冷却することができる。
また、金属溶湯ポンプ1は炉内の金属溶湯を循環させる用途だけでなく、金属溶湯を汲み上げるために使用することも可能である。この場合、図9に示すように、溶湯流路Cの吐出口P2に溶湯排出管25を接続する。溶湯排出管25は、一端が溶湯流路体20の吐出口P2に接続され、他端(排出口P3)が開放されている。排出口P3は、金属溶湯ポンプ1が炉内に設置された状態で溶湯レベルM.Lよりも上方に位置する。これにより、溶湯流路Cの金属溶湯は駆動されて吐出口P2から吐出された後、溶湯排出管25を通って、外部の桶(図示せず)等に汲み上げられる。
以上説明したように、本実施形態に係る金属溶湯ポンプ1では、溶湯流路体20が有底筒体10とは別体のものとして有底筒体10に着脱可能に設けられている。より詳しくは、溶湯流路体20は、有底筒体10の側壁11の周囲の位置であって、複数の永久磁石31aのうち、第1の永久磁石からの磁力線が、側壁11および内側流路壁21を貫通して溶湯流路Cに至り、溶湯流路Cから内側流路壁21および側壁11を貫通して第1の永久磁石に隣り合う第2の永久磁石に戻る、位置に、有底筒体10に着脱可能に設けられている。これにより、本実施形態によれば、溶湯流路Cを容易且つ低コストで新しくすることができる。その結果、使用時において溶湯流路Cの金属溶湯を効率良く駆動するとともに、吐出量が低下した場合には、溶湯流路体20を交換することで、迅速かつ低コストで金属溶湯ポンプの性能を回復することができる。
さらに、本実施形態によれば、有底筒体10とは別体の溶湯流路体20に溶湯流路Cが設けられているため、従来の金属溶湯ポンプのように側壁内に溶湯流路を設ける場合と比べて、流路断面積を容易に大きくすることができる。これにより、金属溶湯の吐出量を大幅に増やすことができる。溶湯流路Cの流路断面積を増やしても、有底筒体10の重量は変化せず、金属溶湯ポンプ1の重量の増加を抑制できる。このため、金属溶湯ポンプ1の扱いやすさが悪化することを防ぎ、炉内設置工事等を比較的容易に行うことができる。
さらに、本実施形態によれば、断熱フード40が溶湯駆動部30を熱的に保護するとともに、冷却空気流路SおよびTを画成する。これにより、従来の金属溶湯ポンプのように有底筒体10の底部に冷却空気が滞留することが抑制され、冷却効率を高めることができる。
さらに、本実施形態によれば、断熱フード40の可動フード42が磁場装置31と一緒に回転するように構成されているため、可動フード42が金属材料からなる場合でも、磁場装置31が回転している際に可動フード42に渦電流が発生することを防止できる。これにより、磁場装置31の回転速度を高速にすることができることから、消費電力を抑制しつつ金属溶湯の吐出量を大幅に増やすことができる。その結果、金属溶湯ポンプ1を用いて炉内の金属溶湯を十分に循環させることができる。
なお、断熱フードについては、上記の実施形態の構成に限らず、有底筒体の側壁に溶湯流路が形成された金属溶湯ポンプに適用されてもよい。これにより、たとえば特許文献1の金属溶湯ポンプの永久磁石等の冷却効率を改善させることができる。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1 金属溶湯ポンプ
10 有底筒体
11 側壁
12 底壁
13 支持部
20 溶湯流路体
21 内側流路壁
22 外側流路壁
23 上側流路壁
24 下側流路壁
25 溶湯排出管
30 溶湯駆動部
31,31A 磁場装置
31a 永久磁石
31b,31c 支持板
32 電動機
32a 回転軸
33 回転軸
34 カップリング
35 架台
36 ベアリングハウジング
40 断熱フード
41 固定フード
41a 上側固定フード
41b 下側固定フード
42 可動フード
50 ベースプレート
60 電源制御盤
60a,60b 端子
61 接続導体
100 炉
A 冷却空気
C 溶湯流路
H1 空気取入口
H2,H3 空気孔
H4 軸挿通孔
H5,H6 空気孔
M,M’ 金属溶湯
ML 磁力線
P1 吸込口
P2 吐出口
P3 排出口
S,T 冷却空気流路
10 有底筒体
11 側壁
12 底壁
13 支持部
20 溶湯流路体
21 内側流路壁
22 外側流路壁
23 上側流路壁
24 下側流路壁
25 溶湯排出管
30 溶湯駆動部
31,31A 磁場装置
31a 永久磁石
31b,31c 支持板
32 電動機
32a 回転軸
33 回転軸
34 カップリング
35 架台
36 ベアリングハウジング
40 断熱フード
41 固定フード
41a 上側固定フード
41b 下側固定フード
42 可動フード
50 ベースプレート
60 電源制御盤
60a,60b 端子
61 接続導体
100 炉
A 冷却空気
C 溶湯流路
H1 空気取入口
H2,H3 空気孔
H4 軸挿通孔
H5,H6 空気孔
M,M’ 金属溶湯
ML 磁力線
P1 吸込口
P2 吐出口
P3 排出口
S,T 冷却空気流路
Claims (15)
- 炉内の金属溶湯を駆動する金属溶湯ポンプであって、
側壁および底壁を有する有底筒体と、
吸込口と吐出口を繋ぐ溶湯流路を有し、前記有底筒体とは別体の溶湯流路体と、
前記有底筒体の内部に縦向きの回転軸の周りに回転可能に配置された磁場装置と、前記磁場装置を回転させる電動機とを有し、前記溶湯流路の金属溶湯を駆動する溶湯駆動部と、
を備え、
前記磁場装置は、交互に異なる磁極が前記回転軸の円周に沿って並ぶように配列された複数の永久磁石を有し、
前記溶湯流路体は、前記有底筒体の前記側壁の周囲の位置であって、前記複数の永久磁石のうち、第1の永久磁石からの磁力線が、前記有底筒体の前記側壁および前記溶湯流路体の内側流路壁を貫通して前記溶湯流路に至り、前記溶湯流路から前記溶湯流路体の前記内側流路壁および前記有底筒体の前記側壁を貫通して前記第1の永久磁石に隣り合う第2の永久磁石に戻る、位置に、前記有底筒体に着脱可能に設けられていることを特徴とする金属溶湯ポンプ。 - 前記溶湯流路の縦断面形状は、縦長の略矩形であることを特徴とする請求項1に記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記磁場装置の前記複数の永久磁石は、前記溶湯流路よりも縦方向の長さが大きく、かつ、側面視で縦方向について前記溶湯流路を包含することを特徴とする請求項1または2に記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記溶湯流路体は、前記有底筒体の前記側壁を取り巻くように設けられていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記溶湯流路体は、平面形状が略U字状であることを特徴とする請求項4に記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記溶湯駆動部の前記磁場装置および前記電動機を覆い、冷却空気が前記磁場装置および前記電動機を流れるための冷却空気流路を画成するように構成された断熱フードをさらに備えることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記断熱フードは、
前記磁場装置を収容する空間を前記有底筒体とともに画成するベースプレートに固定され、前記電動機を覆い、冷却空気を取り入れるための空気取入口が設けられた固定フードと、
前記固定フードとともに前記冷却空気流路を画成し且つ前記磁場装置の外周面を覆うように前記磁場装置に取り付けられ、前記磁場装置とともに回転する可動フードと、
を有することを特徴とする請求項6に記載の金属溶湯ポンプ。 - 前記固定フードは、
下端部が前記ベースプレートの上面に固定された上側固定フードと、
上端部が前記ベースプレートの下面に固定された下側固定フードと、
を有することを特徴とする請求項7に記載の金属溶湯ポンプ。 - 前記固定フードおよび前記可動フードには断熱材が張られていることを特徴とする請求項7または8に記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記固定フードおよび前記可動フードは、金属材料からなることを特徴とする請求項7~9のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記固定フードの下端部が前記可動フードに上端部に遊挿されている、または、前記可動フードの上端部が前記固定フードの下端部に遊挿されていることを特徴とする請求項7~10のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記ベースプレートには、前記固定フードの内側に位置する第1の空気孔と、前記固定フードの外側に位置する第2の空気孔とが設けられており、
前記固定フードの前記空気取入口から取り入れられた冷却空気は、前記第1の空気孔を通って前記冷却空気流路を下方に流れ、前記磁場装置を通って前記可動フードの下端部から放出され、その後、前記有底筒体の前記側壁と前記断熱フードとの間の空間を通って前記第2の空気孔から外部に排出されることを特徴とする請求項7~11のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。 - 前記有底筒体は、前記側壁から径方向外側に突出する支持部を有し、前記溶湯流路体は前記支持部により前記有底筒体に着脱可能に支持されていることを特徴とする請求項1~12のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記電動機は、前記金属溶湯の吐出量に応じて前記磁場装置の回転数を可変なものとして構成されていることを特徴とする請求項1~13のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
- 前記溶湯流路の前記吐出口に接続されており、前記金属溶湯を汲み上げるための溶湯排出管をさらに備えることを特徴とする請求項1~14のいずれかに記載の金属溶湯ポンプ。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240802 |
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A521 | Request for written amendment filed |
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