JP2005534882A - 電磁誘導装置および溶融金属の処理方法 - Google Patents

Abstract

流れ誘導ないし撹拌装置（５００）は、略矩形のボックス（５０１）の形態をなした電磁誘導装置を含んでいる。そのボックス（５０１）は、概して直角二等辺三角形の断面を有した当該装置（５００）におけるクレードルないしポート（５０３）の傾斜端部壁（５０２）に対して連結されている。その傾斜端部壁（５０２）は、クレードルないしポート（５０３）の垂直壁（５０４）および水平壁（５０５）に対して４５度の角度をなしている。クレードルないしポート（５０３）を炉（６０１）の垂直端部壁（６００）に対して連結することのできる方式は、図面の（図３）から明らかとなるはずである。クレードルないしポート（５０３）は、適当な寸法の開口（６０２）を作り、開口内にポートを固定するための通常の耐熱性の技術を利用することによって、炉（６０１）の壁（６００）内へ固定することができる。電磁誘導装置（５０１）は、任意の適当な手段によって前記端部壁（５０２）に連結され、使用時において、炉内での垂直面内での溶融金属の流れを生み出すように作用する。

Description

本発明は、溶融金属の処理における、ないしは溶融金属の処理に関連した改良、より特定的には、改良された溶融／撹拌、および／または改良された溶融金属材料の移動ないし運搬に関する。

スクラップ金属のリサイクルが増加し、従って、その一部にスクラップ金属の溶融を含むリサイクル工程の効率を改善するために相当の努力がなされている。

アルミニウムのような金属材料や他の材料を溶融および精製するために、炉を設けることが知られている。しばしば、そのような炉は、スクラップ金属をリサイクルするために利用される。例えば溶融金属（および与えられた合金添加物）を撹拌し、また炉内の溶融物中に導入された追加の固体金属材料と溶融金属との混合物を撹拌することによる、溶融および精製工程を改良するための様々な提案がなされてきている。溶融金属の撹拌は、溶融物全体に熱を拡散させて溶融工程の効率を促進させ、また溶融物中に導入された固体スクラップ材料および／または添加物のより迅速な溶融を助長する。

これに関しては、使用時に溶融物の真下にある炉の底壁に隣接した水平面内において炉の真下に配置することのできる電磁誘導ユニットの形態の（リニアモータの形態の）撹拌装置を設けることが知られている。誘導モータによって生成される磁界が、炉底上の比較的厚いプレートを通じて作用し、溶融物の隅々まで均一に熱を拡散させようとする企てにおいて溶融材料を水平面内で効果的に撹拌する。そのような炉において、同様の撹拌作用を生じさせるために機械的な撹拌を採用することも知られている。しかし、そのような溶融金属の処理は、少なくともいくつかの適用において不利となる傾向にあると信じられている。例えば、追加のスクラップ金属や珪素のような合金添加物が炉内の溶融物の最上部へ導入されるとき、電磁誘導モータによってもたらされる撹拌作用が、新たなスクラップ金属材料／添加物を溶融物の隅々まで均一に混合するのに大きく寄与することはない。しばしば、スクラップ金属材料／添加物は、非常に軽いであろうし（特に珪素添加物）、また水平面内で撹拌されるので、例えば遙かに迅速かつ効果的に溶融され得るところの溶融金属内へ下方に引きずり込まれるというよりは寧ろ、単に溶融物の表面上に単に浮遊することになるであろう。繰り返すが、アルミニウム飲料缶の形態のスクラップ金属は、炉底内に沈降させられて溶融され、効果的なやり方でリサイクルされるというよりは寧ろ、単に溶融物の最上部で単に浮遊して酸化されてしまうことになるであろう。

また、そのような誘導モータ式撹拌装置は、低速、例えば１Ｈｚで運転される傾向にある。そのようなモータのための設計上の制約は、非常に深い磁界を要求する。その磁界は、例えば材料の低層内というよりは寧ろ溶融材料全体の隅々まで水平循環撹拌作用が生じるように、炉内の溶融材料の全高に渡って伝播されるべきものである。そして、そのような磁界の深さを達成するためには、高速な撹拌は犠牲にされるべきものである。これと異なり深さのより小さい磁界を用いて材料が撹拌され得る場合に比べて、遙かに低い撹拌速度しか達成されないのである。

機械的な撹拌が与えられる場合、これらは極めて迅速に燃え尽きる傾向にあって、交換されることを要し、繰り返すが、溶融物の最上部に導入されたスクラップ金属／添加物を沈降させる伝動力のある方式で作用するように構成されてきこなかったことは明らかである。

またしても、一旦炉内での処理を経た溶融金属材料の抽出において問題となる傾向があると信じられている。溶融金属材料を抽出する通常の方式は、操作者にとって或る程度危険となる傾向にある。炉の底部に栓を設けて、これを取り外すことで溶融金属材料がそこを通じて流れ出し、炉から抽出されるようにすることができ、或いは、他の構成においては、溶融内容物を炉から注ぎ出すために炉を傾斜させなければならない。いずれにしても、溶融材料の炉からの抽出方法が改善されていれば必然的にそのような事態になることを要しないような方式においては、操作者の関与レベルが、溶融金属材料によって害される危険性を負うことになると信じられている。

本発明の目的は、溶融材料の処理に関連した上述の、或いは他の欠点の１つ以上を少なくとも軽減すること、および／または、改良された撹拌装置、システム、撹拌設備、移動ないし輸送装置、炉、ないし方法を提供することである。

本発明の第１の局面によれば、例えば炉内において、溶融金属材料の下方および／または上方への流れ、および／または垂直面内での溶融金属材料の循環を誘導するために適合された流れ誘導ないし撹拌装置が提供される。

さらに、本発明によれば、少なくとも１つの直前のパラグラフに記載の流れ誘導ないし撹拌装置との組合せにおいて溶融金属材料を処理するための炉ないしチャンバが提供される。

さらに、本発明によれば、溶融金属材料を処理するための炉ないしチャンバ、並びに、使用時に溶融金属材料の下方および／または上方への流れ、および／または垂直面内での溶融金属材料の循環を誘導するように構成された流れ誘導ないし撹拌装置であって、好ましくは、前記炉ないしチャンバは、使用時における、溶融金属材料の水平方向の流れおよび／または水平面内での溶融金属の循環に適合され、および／または、流れ誘導手段が、使用時において前記炉／チャンバ内で溶融金属に対して傾斜した角度で（好ましくは、使用時において４５度または３０度〜６０度±５度の角度で）作用するために、水平に対して一定の角度で配置された電磁誘導手段を有し、および／または、前記電磁誘導装置は、使用時に溶融金属を収容するチャンバないし炉の傾斜した壁上に配置され、前記電磁誘導装置は、取付けクレードル、もしくは、前記流れ誘導ないし撹拌装置のポートを用いて、垂直なチャンバ／炉壁上に傾斜して配置することができ、前記クレードルないしポートは、好ましくは、使用時に前記炉ないしチャンバ内の溶融金属材料へ通じる開口を備え、前記炉ないしチャンバは、好ましくは、溶融材料内に垂直面内における循環流をもたらすように構成された前記流れ誘導ないし撹拌装置を有し、好ましくは、前記流れ誘導ないし撹拌装置の出力ないし速度が、当該装置によって行われるべき異なった作業に適合するように選択的に変更可能であり、当該流れ誘導ないし撹拌装置の速度が、５０Ｈｚ（±１０Ｈｚ）までの種々の値に予め調整可能とすることができる、ことを特徴とする炉ないしチャンバ、並びに流れ誘導ないし撹拌装置が提供される。

流れ誘導ないし撹拌装置は、使用時における、溶融金属材料の水平方向の流れおよび／または水平面内での溶融金属の循環を生み出すように構成してもよい。

通常、流れ誘導ないし撹拌装置は、電磁誘導装置を具備し、ないしは包含している。
通常、前記電磁誘導装置は、溶融金属に上方および／または下方への駆動力を生じさせるために、使用時において水平に対して一定の角度で（典型的には４０度〜７０度）傾斜して配置される。前記電磁誘導装置は、使用時に溶融金属を収容するチャンバないし炉の傾斜した壁上に配置されていてもよい。そのような傾斜した壁が利用できない場合、前記誘導装置は、取付けクレードル、もしくは、当該流れ誘導ないし撹拌装置のポートを用いて、垂直なチャンバ／炉壁上に傾斜して配置してもよい。

好ましくは、前記クレードルないしポートは、使用時に（例えば炉内の）溶融金属材料へ通じる開口であって、例えば珪素のような合金添加物が溶融金属材料内へ導入されることを可能とすると共に、脱ガスに加えて金属サンプルの採取を可能とする開口を備える。

本発明の一実施形態においては、当該流れ誘導ないし撹拌装置は溶融材料内に循環流をもたらすように構成され、前記循環流は、当該流れ誘導ないし撹拌装置によって生み出された溶融金属流の影響で溶融材料の最上部に導入された固形スクラップ材料／軽量添加物を下方へ引きずり込んで沈降させることを可能とするための垂直面内におけるものである。これは、溶融・処理時間を短縮すると共にスクラップ金属の酸化雰囲気への露出を減らして酸化によるメタルロスを最小限にするような、より効率的な熱の拡散を生じさせる。

当該流れ誘導ないし撹拌装置の出力ないし速度が、当該装置によって行われるべき異なった作業に適合するように選択的に変更可能であることが好ましい。例えば、流れ誘導／撹拌装置が溶融金属の下方への流れを駆動する、例えば垂直面内での循環を生み出すために利用される場合、当該速度は、流れ誘導／撹拌装置がチャンバないし炉から金属を抽出するのに利用される場合において予想される速度よりも高いレベルに設定され得る。当該速度が高く設定されすぎた場合、チャンバないし炉からの金属の抽出時には、材料が不都合にも噴出する可能性がある。

好ましくは、当該流れ誘導ないし撹拌装置の速度は、５０Ｈｚ（±１０Ｈｚ）までの種々の値に予め調整可能である。

操作者の選択に従って溶融金属を互いに反対向きの２方向へ選択的に誘導するために、当該流れ誘導／撹拌装置は双方向型であることが好ましい。

一実施形態においては、当該流れ誘導／撹拌装置は双方向型であり、一方向においては、混合軽量スクラップ／添加物を溶融材料内に沈降させるために垂直面内での循環を生じさせるために利用され、当該流れ誘導／撹拌装置は、その他方向モードにおいては、流れの循環を逆転させてチャンバないし炉から溶融材料を抽出するために利用され得る。

さらに、本発明によれば、溶融金属の上方および／または下方への流れ、および／または垂直面内での溶融金属の循環を、好ましくは電磁誘導装置によって誘導することを含む、溶融金属材料の処理ないしスクラップ金属のリサイクル方法が提供される。

さらに、本発明によれば、例えば炉内における、垂直面内での溶融金属材料の下方／上方への流れを誘導するための電磁誘導手段の利用が提供される。

さらに、本発明によれば、使用時に溶融金属を収容する炉ないしチャンバにおいて、電磁誘導手段を水平に対して一定の傾斜角で接続することで、溶融金属材料の下方および／または上方への流れ、および／または垂直面内での循環を誘導することが提供される。

さらに、本発明によれば、溶融金属内にいて１Ｈｚを上回る、例えば５０Ｈｚ（±１５Ｈｚ）の高速流を誘導するように適合ないし構成されていることを特徴とする電磁誘導手段が提供される。
本発明のさらに有利な特徴は、以下の説明および図面から明らかであろう。

ここで、非常に簡略化された添付図面を参照して、本発明の実施形態を単なる例示として説明する。

添付図面の図１〜図３に示すように、流れ誘導ないし撹拌装置５００は、略矩形のボックス５０１の形態をなした電磁誘導装置を含んでいる。そのボックス５０１は、概して直角二等辺三角形の断面を有した当該装置５００におけるクレードルないしポート５０３の傾斜端部壁５０２に対して連結されている。その傾斜端部壁５０２は、クレードルないしポート５０３の垂直壁５０４および水平壁５０５に対して４５度の角度をなしている。

クレードルないしポート５０３を炉６０１の垂直端部壁６００に対して連結することのできる方式は、図面の図３から明らかとなるはずである。クレードルないしポート５０３は、適当な寸法の開口６０２を作り、開口内にポートを固定するための通常の耐熱性の技術を利用することによって、炉６０１の壁６００内へ固定することができる。

電磁誘導装置５０１は、任意の適当な手段によって前記端部壁５０２に連結され、区分けされたタイルで成り立っている薄い金属炭化物のプレート構造５０６（図２）を通じて作用する。

ポートないしクレードル５０３は、上部矩形開口５０７を有している。図３から明らかとなるように、この開口５０７は、使用時に炉６０１の底部における溶融金属材料Ｍの上面へ通じると共に、電磁誘導装置５０１に近接するが薄いプレート５０６に対しては反対側となるようにポートないしクレードル５０３内へ延びている。

使用時において、図面の特に図３に示すように、電磁誘導装置５０１（実際にはリニアモータ）は、溶融金属中に循環流パターンを誘導するように操作され得る。図３に矢印で示すこの循環動作は、誘導／撹拌装置５０１で生み出される（図３に矢印Ａで示す）下方へ傾斜した磁気的駆動力によって起こされる。この磁気的駆動力（矢印Ａ）は、本質的に電磁誘導装置５０１の軸方向に向けられ、従ってクレードルないしポート５０３の端部壁５０２と平行に約４５度傾斜している。

上述した実施形態では端部壁５０２が４５度の角度に設定されているが、電磁誘導装置の特定の適用や使用に適するように他の角度（例えば３０度や６０度）が選択されることも可能であろう。

電磁誘導装置５０１を、例えば５０Ｈｚまでの可変速度式の強力なモータとすることが目論まれる。そのようにして、運転中に、電磁誘導装置５０１が溶融金属材料Ｍを垂直面内で非常に速い流速で撹拌することができるであろう。溶融材料Ｍ内で起こされた流れの循環は、いくつかの理由で有利となる。第１に、溶融材料Ｍの最上部において炉内へ導入された如何なる金属材料（例えばスクラップ金属および／または添加物）も、それらがどんなに軽量であったとしても、溶融材料内へ（ほとんど直ちに、或いは少なくとも極めて迅速に）引きずり込まれて沈降させられるようになるであろう。そのような材料が溶融材料Ｍ内へ迅速に沈降させられることにより、軽量な材料が溶融材料上に浮遊し続けられるような公知の炉とは異なり、当該材料の不利な酸化が実質的に防止されるであろう。

第２に、溶融材料Ｍ内に誘導される循環流は、水平面内で実行される公知の撹拌技術におけるものよりも遙かに迅速である。そのような撹拌技術は、一般的に溶融材料Ｍを約１Ｈｚで撹拌する。誘導装置５０１は、遙かに高速で溶融金属材料を撹拌することができる。それは、当該装置が、非常に深い磁界の生成を要求するように概して溶融材料の下方か全高に渡って作用することを要するものではなく、溶融金属材料の一端部において下方流を起こすものだからである。

それに加えて有利なことに、珪素のような合金添加物を、開口５０７を通じポート５０３を通して溶融金属材料Ｍ内へつぎ足し、溶液へと迅速に溶かすことができる。ポート５０３は、フラックスのワンポイント導入部として、また溶融材料全体に渡る良好な混合に利用可能である。

それに加えて有利なことに、ポート５０３の開口５０７を、溶融材料のサンプル採取のために利用することができ、従って、サンプル採取のために炉の主扉を開く必要が避けられる。

また、流れ誘導／撹拌装置５００は、垂直面内で溶融金属材料Ｍを循環させるためだけでなく、灼熱炉６０１内での脱ガスのためにも利用可能である。炉の底部周辺における溶融金属Ｍ内に良好な分散を与えるよう、開口５０７を通じて溶融金属流中にガス・ランス（図示せず）を導入することができる。

電磁誘導装置によって誘導される電磁界は選択的に可変とすることができるので、溶融金属材料の循環ないし垂直面内での撹拌を、異なる材料および／または条件に適するよう制御されたレートに調整することができる。溶融金属材料Ｍは、約１５Ｔ／分までの制御されたレートで撹拌され得る。高い撹拌レートをもたらすことで、溶融レートの増大と、温度の大幅な低下と、合金層形成の低減とが与えられる。低い流れ金属レベル（running metal level）に適合可能である。

前述のように、電磁誘導装置５０１は、溶融金属材料の（矢印Ａで示すような）ほぼ下向きの流れをもたらし、或いは誘導するように配置され、それにより垂直面内での溶融金属材料の循環を引き起こすように構成することができたが、当該装置５０１が双方向型となるであろうことも予想される。それゆえ、要求があれば、当該装置５０１を、矢印Ａとは反対の方向でほぼ上向きに溶融金属材料を移動させるように構成することができるであろう。そのような設備は、例えば、記述されるようなやり方で炉から溶融金属材料Ｍを抽出するために利用され得る。

図４および図５は、炉７０１の現存する、或いは特に作られた傾斜壁７００上に配置される電磁誘導装置５０１で構成された流れ誘導ないし撹拌装置５００’の第２実施形態を示している。従ってこの例では、下方および／または上方への流れ、ないしは垂直面内での循環を誘導するために、電磁誘導装置５０１を炉壁に対して傾斜した角度で連結するように適合されたクレードルないしポート５０３は存在しない。

図４に示すように、電磁誘導装置５０１は、溶融金属材料Ｍを下方へ移動させて、溶融工程中における垂直面内での溶融材料Ｍの循環を生じさせるように設置可能である。溶融金属材料を炉から抽出しようと望む場合には、電磁誘導装置５０１は、溶融金属材料を図５に示すように逆方向の上方へ駆動して（図４および図５から明らかとなるはずのやり方で）抽出シュート７０２に沿って炉から運び出すように設置可能である。電磁誘導装置５０１および抽出シュート７０２を、流れ誘導ないし撹拌装置を成すユニットであって、現存する炉の垂直側壁に対する連結に適合されたユニットとして一緒に構成することも可能である。

図６および図７は、図４に示すように作動する電磁誘導装置５０１によって溶融材料Ｍ内に引き起こされる典型的な流れパターンを示している。

もちろん、２つ以上の電磁誘導装置５０１を炉に設けることも可能である。例えば、（とりわけ図３に示すように）炉内の溶融材料を撹拌するために炉６０１の一端部に電磁誘導装置５０１とポート５０３を連結することができ、（とりわけ図５に示すように）溶融材料を抽出シュート７０２に沿って抽出するように炉の反対側の端部に第２の電磁誘導装置５０１を連結することができるであろう。さらに、そのような２つの電磁誘導装置５０１が設けられる場合、それらが互いに協働して（協力的に）作動するよう配置可能となるように設けられる。

抽出シュート７０２を通じて溶融物Ｍから溶融金属材料を抽出するのに電磁誘導装置５０１を利用する場合、一般的に、材料がシュート７０２から制御不能に噴出ないし迸らないように（それは操作者にとって明らかに危険である）電磁誘導装置５０１が遙かに低速で運転されるであろう。

そして、電磁誘導装置５０１が、それを垂直に対して一定の角度で配置することで、垂直面内での溶融金属材料の移動ないし流れを誘導するように設置され得るということは明らかと言うべきである。チャンバ壁ないし炉壁が垂直である場合には、流れ誘導ないし撹拌装置は、取付け用のポートないしクレードルを要するかもしれない。これと異なり、チャンバないし炉がすでに実質的に傾斜した壁を有し、或いは特に作られた傾斜壁が設けられている場合には、それに対して電磁誘導装置を、ポートないしクレードルを用いずに取り付けることもできる。

そして、電磁誘導装置５０１は、たいていの炉に対して改良品として組み込むことができ、また、循環および金属沈降のためにサイドウェル式の炉で用いるだけでなくラウンドトップ（丸天井）式の炉でも用いることができる。電磁誘導装置は、定置式の、ないしは傾動式の炉に取り付けることもできる。

もう一つの利点は、本発明による電磁誘導装置の使用によって溶融金属の輸送ないし移動システムがもたらす柔軟性である。電磁誘導装置は上り勾配を押し上げるのに十分なほど強力なので、容器／炉ないし鋳造装置と比べて上方の高さにある定置式の溶融器（melter）はもはや必要ないのである。

有利なことに、流れ誘導ないし撹拌装置は、傾動ないしタップアウト・ブロックを用いずに炉から金属を運び出すことができ、また、傾動／鋳造中に制御された流速で使用して、安定した合金組成を保持することができる。このことは、合金元素の密度（比重）が溶融金属材料（例えばアルミニウム）と異なる場合には特に重要となる。

概して言えば、流れ誘導ないし撹拌装置５００は、増大された生産量、より低いエネルギー消費およびメタルロス、溶融金属の輸送、溶融金属材料、合金内への中・軽量スクラップの迅速な沈降、鋳造中の温度均一性、および合金のより迅速な溶解を可能とするはずである。

有利なことに、可能部品が何ら要求されず、このことは簡単な保守をもたらすはずであり、それに加えて、当該流れ誘導ないし撹拌装置は定置式や傾動式の炉への導入に適しているのである。

特に、流れ誘導ないし撹拌装置は、サイドウェル式の炉に利用され得る（図１０〜図１２参照）。炉１００は、メイン・チャンバ１１２およびサイドウェル・チャンバ１１３を備えている。電磁誘導手段１１４（図１２参照）は、溶融材料を当該誘導手段１１４の周辺において下方へ移動させるように利用される。これにより、垂直面内での循環的な動きが生み出される。しかし、溶融材料の下方への駆動動作は、溶融材料を、通路１７２および戻り通路１７０を通じたほぼ水平な循環方式でも駆動する。

そして、流れ誘導・撹拌装置１１４の強力な駆動動作は、メイン・チャンバ１１２とサイドウェル・チャンバ１１３との間における溶融金属材料の迅速な循環を可能とする。これは、溶融材料に及ぼされる初期的な下方への引き込み力によるものである。サイドウェル式の炉との関連における本発明の更なる議論は、本明細書において後に記述される。

図８には、概して公知の形態にある、チャンバ１２と、バーナ１６の形態の公知の熱源とを備えた単室炉１０が示されている。

チャンバ１２は、前方傾斜部分２０、水平部分２２および後方傾斜部分２４を含んだ床１８を有している。前方傾斜部分２０と水平部分２２はチャンバ１２の前方領域２６を形成し、後方傾斜部分２４はチャンバ１２の後方領域２８を形成している。電磁誘導手段１１４は、本発明のこの実施形態によれば、傾斜壁部分２０上に配置されている。

チャンバ１２は、複数の壁３０によって包囲、すなわち取り囲まれており、それらの壁３０のうちの１つに昇降自在な扉３２が配置されている。

この炉は、チャンバ内から不純物を取り除くための抽出手段３４を備えている。上述したように、この炉それ自体は、本質的に公知の形式の一般的なものであるから、これ以上詳細には述べないことにする。

電磁誘導手段１１４に電流を供給すると、溶融金属の流れが生み出される。
有利なことに、電磁誘導手段は溶融金属Ｍの水平位置に対して傾斜しているので、溶融金属の流れは、水平と垂直の両方の成分を有することになる。このことは、流れを矢印Ｄで模式的に示す図９に、最も良く示されている。

図１０〜図１２には、２チャンバ炉１００の形態の代替的な実施形態が示されている。

この炉１００も公知の形態を有し、メイン・チャンバ１１２と、サイドウェル・チャンバ１１３と、ツイン・バーナ１１６の形態の熱源とを備えている。それらのバーナは、熱をメイン・チャンバ１１２内へ向けるように配置されている。

本発明のこの実施形態によれば、炉１００は、図示するように傾斜式に配置された電磁誘導手段１１４をさらに備えている。

電磁誘導手段１１４はサイドウェル・チャンバ１１３内に配置され、バーナはメイン・チャンバ１１２内に配置されている。これは、電磁誘導手段とバーナの両者が同じチャンバ内に配置されている図８の実施形態とは異なっている。

サイドウェル・チャンバ１１３は、サイドウェル内側側壁１５８、サイドウェル外側側壁１６０、メイン・チャンバと共通の端部壁１４２、および昇降自在なサイドウェル・チャンバ扉１６２を有している。

メイン・チャンバ１１２とサイドウェル・チャンバ１１３とは、第１通路１７０および第２通路１７２によって、それぞれの内側側壁１４４，１５８を貫通して流体連通（流体が流通可能に連絡）している。

図１１および図１２から、溶融金属Ｍは、メイン・チャンバおよびサイドウェル・チャンバの床１４８，１１８を実質的に覆っており、またバーナ１１６によって液体状態を保っていることが見て取れる。チャンバ内の溶融金属は、各床１１８，１４８と溶融金属表面との間で高さＦを有している。

第１通路１７０は、メイン・チャンバの前方領域１５６をサイドウェル・チャンバの前方領域１２６と連結し、第２通路１７２は、サイドウェル・チャンバの後方領域１２８をメイン・チャンバの後方領域１５４と連結している。

サイドウェル・チャンバは、内側側壁１４４，１５８によって、メイン・チャンバ内でバーナ１１６により生み出される熱からシールド（遮蔽）されている。

他の実施形態においては、サイドウェル・チャンバをメイン・チャンバに対して、サイドウェル・チャンバがメイン・チャンバからシールドされることを要しないように配置してもよい。例えば、２つのチャンバ同士の間の距離を増大させるように第１および第２通路１７０，１７２の長さをより大くし、これにより、メイン・チャンバ内でバーナにより生み出される熱のサイドウェル・チャンバ内での影響を低減させることができよう。

溶融金属内に誘導される流れは溶融金属の表面に予測可能な表面パターンを生じさせ、従って、抽出手段をサイドウェル・チャンバ内に、個体ないし気体不純物の効率的な除去を確保するのにふさわしく配置することができる、ということが特記されるべきである。

図８に示す実施形態におけるように、電磁誘導手段に電流を供給すると、溶融金属Ｍの誘導流が生み出されることになる。

しかし、その溶融金属流は、通路によって連結された２チャンバ構成のために、図８の実施形態のものとは異なっている。電磁誘導手段は、図１０に矢印Ｅで示す溶融金属流を生じさせるような溶融金属内の流れを誘導するのである。

メイン・チャンバ１１２内の溶融金属は、サイドウェル・チャンバ１１３に配置された電磁誘導手段１１４の影響を受けて、第１通路１７０を通じてサイドウェル・チャンバ内へ流入する。第１通路を通じたメイン・チャンバからサイドウェル・チャンバへの溶融金属の引き寄せ効果は、サイドウェル・チャンバ内の溶融金属が第２通路を通じてメイン・チャンバ内に引き戻される結果を生じさせ、これにより２つのチャンバ間での溶融金属の循環流が生み出される。

サイドウェル・チャンバ内で軽量および重量スクラップを溶融させることで生み出された溶融金属は、電磁誘導手段によって引き起こされる溶融金属の流れのために第２通路１７２に向かって引き寄せられ、メイン・チャンバ１１２へ進入することになる。

図１１から、第２通路の天井面１７７が溶融金属Ｍの高さＦの下にあり、溶融金属表面上の如何なる不純物もメイン・チャンバ内へ引き込まれないはずであり、純粋な金属のみが第２通路を通過することができる、ということが分かる。

サイドウェル・チャンバ１１３からメイン・チャンバ１１２へ大量の不純物が進入することを防止するよう、溶融金属の高さＦが制御されることが重要である。この高さは、いずれかのチャンバ内へ追加の金属を導入することによって制御され得る。

不純物を除去することと溶融金属の高さＦを制御することの組合せが、メイン・チャンバ内へ不純物が流入する可能性を低減させる。

本発明の範囲は個々の専門用語の選択によってむやみに限定されるものではなく、ある特定の用語が、同義の用語ないしは一般的な用語によって置き換えられ、或いは補足され得る、ということが理解されるべきである。例えば、用語「クレードル（cradle）」ないし「ポート（port）」は、「サポート（support）」に置き換えられ得る。さらに、流れ誘導ないし撹拌装置、ポートないし電磁誘導装置、または路に関連した、個々の特徴、システム、方法ないし機能は、それぞれ特許可能な創意あるものかもしれない、ということが理解されるべきである。単数は複数を含み得るし、複数は単数を含み得る。また、ここで任意のパラメータないし変数のために記述された如何なる（数値）範囲も、当該範囲内で引き出せる任意の下位範囲の開示として、或いは、当該範囲ないし下位範囲内において、若しくは当該範囲ないし下位範囲の境界値において決められた変数ないしパラメータの任意の特定値の開示として捕らえられるものとする。

従って、さらにまた本発明によれば、金属を受け入れるためのチャンバと、金属を溶融させるように加熱するための熱源と、垂直方向成分を有する溶融金属内の流れを生じさせるように配置された電磁誘導手段とを備えたことを特徴とする炉が提供される。

有利なことに、電磁誘導手段を傾斜させることで、結果として生じる溶融金属の流れは、水平方向における流れには限定されず、溶融金属の隅々まで熱をより広く分散させること、従って、より効率的な溶融工程に繋がることになる。

チャンバが電磁誘導手段と隣接した前方領域を含み、その前方領域内へ軽量スクラップ金属が導入されるのが好ましい。

有利なことに、電磁誘導手段の周辺への軽量スクラップ金属の導入は、電磁誘導手段により生み出された溶融金属流の影響によって、軽量スクラップ金属を下方へ引き込んで沈降させることになる。これが、より効率的な熱拡散を生じさせ、そのような熱拡散は、溶融および加工の時間を減少させると共に、スクラップ金属の酸化雰囲気に対する暴露をも減少させ、従って酸化によるメタルロスを最小限にする。

単一のチャンバは、傾斜した床を有する後方領域を備え、その後方領域内へ重量スクラップ金属が導入されるのが好ましい。

有利なことに、これは、重量スクラップ金属を部分的に後方領域内へ沈めることができ、従って溶融金属流が重量スクラップを通じて流されようにすることができる、ということを意味する。重量スクラップと接触する溶融金属が、重量スクラップの温度を上昇させ、重量スクラップの温度が上昇するに連れて、重量スクラップ内に捕らえられている如何なる不純物、例えば水分をも蒸発させるであろう。このことは、重量スクラップ内に捕らえられている水分が閉じこめられて溶融金属と直接接触する可能性を減少させる。水分が溶融金属と接触することによる急激な蒸発は明らかに危険なのである。

本発明の他の局面によれば、金属を受け入れるためのチャンバを含んだ炉を用意する段階と、熱源を用意する段階と、電磁誘導手段を用意する段階と、前記チャンバ内へ金属を導入する段階と、溶融金属を生み出すよう、前記熱源を用いて金属を加熱する段階と、垂直方向成分を有する溶融金属内の流れを生じさせるよう、前記電磁誘導手段に電流を供給する段階とを備えたことを特徴とする炉内での金属溶融方法が提供される。

単一のチャンバを有する炉の潜在的な制限は、スクラップ金属から生じる不純物と熱源との両者が同一のチャンバ内に存在し、不純物の存在が溶融工程の効率を低下させるということである。

単一のチャンバを有する炉のもう１つの制限は、スクラップ金属を熱源と同じ炉に導入するということであり、それが酸化によるメタルロスに繋がる。

これは、既に明らかにされた解決策を採用することによって部分的に克服され得る。しかし、熱源と金属の導入とが同じチャンバにおけるものである場合には、溶融工程は限定された効率レベルを有するものとなろう。

本発明の他の局面によれば、金属を受け入れるための第１および第２のチャンバであって、金属を加熱することで溶融金属を生み出すための熱源を含む第１のチャンバ、および、熱源を有していない第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で溶融金属の流れを生じさせるように構成された電磁誘導手段とを備えたことを特徴とする炉が提供される。

有利なことに、２つのチャンバを有することで、スクラップ金属の導入される領域から熱源を分離することができる。

さらに、熱源が別個のチャンバ内にあり、従って雰囲気がより冷たくなるため、スクラップ金属から生み出される不純物をより効率的に抽出することができる。

本発明の他の局面によれば、金属を受け入れるための第１および第２のチャンバを有する炉を用意する段階と、熱源を用意する段階と、電磁誘導手段を用意する段階と、前記第１のチャンバ内へ金属を導入する段階と、前記第１のチャンバ内で溶融金属を生み出すよう、前記熱源で金属を加熱する段階と、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で溶融金属の流れを生じさせるよう、前記電磁誘導手段に電流を供給する段階とを備えた、とを特徴とする炉内での金属溶融方法が提供される。

本発明のもう１つの局面によれば、金属を受け入れるためのチャンバを含んだ炉を用意する段階と、熱源を用意する段階と、電磁誘導手段を用意する段階と、重量スクラップを積み込むための領域を用意する段階と、前記チャンバ内で大量の金属を溶融させる段階と、溶融金属内に流れを誘導するよう、前記電磁誘導手段に電力を供給する段階と、溶融金属が重量スクラップと接触はするが重量スクラップを沈降させることはないように、前記流れを方向付ける段階とを備えたことを特徴とする炉内での金属溶融方法が提供される。

例えば炉壁であるような壁に取り付けられた、溶融金属材料の流れを制御するための流れ誘導ないし撹拌装置の斜視図。 図１に示した流れ誘導ないし撹拌装置とチャンバ／炉壁の、図１のII-II線における垂直断面図。 図１および図２に示した炉、溶融金属材料、および流れ誘導／撹拌装置を通る部分的な垂直断面図。 一方向において垂直面内での溶融金属材料の循環を生じさせるように作用する流れ誘導／撹拌装置の第２実施形態が取り付けられた、炉の第２実施形態の部分的な側方断面図。 流れ誘導／撹拌装置が炉から溶融金属材料を抽出するよう反対方向に作用する状態を示す、図４と同様の図。 図４に表された流れ誘導／撹拌装置によって調整される典型的な循環流パターンを示す平面図。 図４に表された流れ誘導／撹拌装置によって調整される典型的な循環流パターンを示す側面図。 本発明による炉の第３実施形態を示す側方断面図。 図８の炉における溶融金属の流れを示す模式図。 本発明による炉の更なる実施形態を示す水平断面図。 図１０のＡ-Ａ線における炉の側方断面図。 図１０のＢ-Ｂ線における炉の側方断面図。

Claims (20)

1. 例えば炉内において、溶融金属材料の下方および／または上方への流れ、および／または垂直面内での溶融金属材料の循環を誘導するために適合された流れ誘導ないし撹拌装置。
2. 使用時における、溶融金属材料の水平方向の流れおよび／または水平面内での溶融金属の循環を生み出すように適合されている、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 電磁誘導装置を具備し、ないしは包含している、ことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 前記電磁誘導装置は、溶融金属に上方および／または下方への駆動力を生じさせるために、使用時において水平に対して一定の角度で（好ましくは、使用時において４５度または３０度〜６０度±５度の角度で）傾斜して配置されている、ことを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記電磁誘導装置は、使用時に溶融金属を収容するチャンバないし炉の傾斜した壁上に配置されている、ことを特徴とする請求項３又は４記載の装置。
6. 前記電磁誘導装置は、取付けクレードル、もしくは、当該流れ誘導ないし撹拌装置のポートを用いて、垂直なチャンバ／炉壁上に傾斜して配置可能であり、
   好ましくは、前記クレードルないしポートは、使用時に（例えば炉内の）溶融金属材料へ通じる開口であって、例えば珪素のような合金添加物が溶融金属材料内へ導入されることを可能とすると共に、脱ガスに加えて金属サンプルの採取を可能とする開口を備え、
   および／または、当該流れ誘導ないし撹拌装置は溶融材料内に循環流をもたらすように構成され、前記循環流は、当該流れ誘導ないし撹拌装置によって生み出された溶融金属流の影響で溶融材料の最上部に導入された固形スクラップ材料／軽量添加物を下方へ引きずり込んで沈降させることを可能とするための垂直面内におけるものであり、
   および／または、当該流れ誘導ないし撹拌装置の出力ないし速度が、当該装置によって行われるべき異なった作業に適合するように選択的に変更可能である（好ましくは、当該流れ誘導ないし撹拌装置の速度が、５０Ｈｚ（±１０Ｈｚ）までの種々の値に予め調整可能である）、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 当該流れ誘導／撹拌装置は双方向型であり、好ましくは、当該流れ誘導／撹拌装置は、一方向においては、混合軽量スクラップ／添加物を溶融材料内に沈降させるために垂直面内での循環を生じさせる利用のために適合されており、その他方向モードにおいては、流れの循環を逆転させてチャンバないし炉から溶融材料を抽出する利用のために適合されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記電磁誘導装置は、使用時において薄い（好ましくは金属炭化物の）プレートを介して作用し、好ましくは、前記プレートはタイルによって構成されている、ことを特徴とする請求項３ないしは請求項３に従属するいずれかの請求項に記載の装置。
9. 少なくとも１つの請求項１〜８のいずれかに記載の流れ誘導ないし撹拌装置との組合せにおいて溶融金属材料を処理するための炉ないしチャンバ。
10. 溶融金属材料を処理するための炉ないしチャンバ、並びに、使用時に溶融金属材料の下方および／または上方への流れ、および／または垂直面内での溶融金属材料の循環を誘導するように構成された流れ誘導ないし撹拌装置であって、
    好ましくは、前記炉ないしチャンバは、使用時における、溶融金属材料の水平方向の流れおよび／または水平面内での溶融金属の循環に適合され、
    および／または、流れ誘導手段が、使用時において前記炉／チャンバ内で溶融金属に対して傾斜した角度で（好ましくは、使用時において４５度または３０度〜６０度±５度の角度で）作用するために、水平に対して一定の角度で配置された電磁誘導手段を有し、
    および／または、前記電磁誘導装置は、使用時に溶融金属を収容するチャンバないし炉の傾斜した壁上に配置され、
    前記電磁誘導装置は、取付けクレードル、もしくは、前記流れ誘導ないし撹拌装置のポートを用いて、垂直なチャンバ／炉壁上に傾斜して配置することができ、
    前記クレードルないしポートは、好ましくは、使用時に前記炉ないしチャンバ内の溶融金属材料へ通じる開口を備え、
    前記炉ないしチャンバは、好ましくは、溶融材料内に垂直面内における循環流をもたらすように構成された前記流れ誘導ないし撹拌装置を有し、
    好ましくは、前記流れ誘導ないし撹拌装置の出力ないし速度が、当該装置によって行われるべき異なった作業に適合するように選択的に変更可能であり、当該流れ誘導ないし撹拌装置の速度が、５０Ｈｚ（±１０Ｈｚ）までの種々の値に予め調整可能とすることができる、ことを特徴とする炉ないしチャンバ、並びに流れ誘導ないし撹拌装置。
11. 前記流れ誘導／撹拌装置は双方向型であり、好ましくは、当該流れ誘導／撹拌装置は、一方向においては、混合軽量スクラップ／添加物を溶融材料内に沈降させるために垂直面内での循環を生じさせる利用のために適合されており、その他方向モードにおいては、流れの循環を逆転させてチャンバないし炉から溶融材料を抽出する利用のために適合されており、
    および／または、前記電磁誘導装置は、使用時において薄い（好ましくは金属炭化物の）プレートを介して作用し、好ましくは、前記プレートはタイルによって構成されている、ことを特徴とする請求項９又は１０記載の炉ないしチャンバ。
12. 溶融金属の上方および／または下方への流れ、および／または垂直面内での溶融金属の循環を、好ましくは電磁誘導装置によって誘導することを含み、
    および／または、溶融金属材料の水平方向の流れおよび／または水平面内での溶融金属の循環を誘導することを含み、
    および／または、前記水平方向の流れおよび／または水平面内での循環は、２つのチャンバどうしの間で生じることができ、
    電磁誘導手段は、４５度または３０度〜６０度±５度の角度で配置することができ、
    および／または、流れ誘導／撹拌装置のポートないしクレードルの開口を通じて溶融金属内へスクラップ金属および／または合金添加物を導入することを含むことができ、
    および／または、流れ誘導／撹拌装置のポートないしクレードルの開口を通じて、もしくは前記開口を通じてサンプリングおよび／または脱ガスを行うことを含むことができ、
    および／または、流れ誘導ないし撹拌装置を約５０±１０Ｈｚで作動させることを含むことができ、
    および／または、電磁誘導手段を双方向に作動させることを含む、ことを特徴とする溶融金属材料の処理ないしスクラップ金属のリサイクル方法。
13. 例えば炉内における、垂直面内での溶融金属材料の下方／上方への流れを誘導するための電磁誘導手段の利用。
14. 金属を受け入れるためのチャンバと、金属を溶融させるように加熱するための熱源と、垂直方向成分を有する溶融金属内の流れを生じさせるように配置された電磁誘導手段とを備えた、ことを特徴とする炉。
15. 金属を受け入れるためのチャンバを含んだ炉を用意する段階と、
    熱源を用意する段階と、
    電磁誘導手段を用意する段階と、
    前記チャンバ内へ金属を導入する段階と、
    溶融金属を生み出すよう、前記熱源を用いて金属を加熱する段階と、
    垂直方向成分を有する溶融金属内の流れを生じさせるよう、前記電磁誘導手段に電流を供給する段階と、
    を備えた、ことを特徴とする炉内での金属溶融方法。
16. 金属を受け入れるための第１および第２のチャンバであって、金属を加熱することで溶融金属を生み出すための熱源を含む第１のチャンバ、および、熱源を有していない第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で溶融金属の流れを生じさせるように構成された電磁誘導手段と、
    を備えた、ことを特徴とする炉。
17. 金属を受け入れるための第１および第２のチャンバを有する炉を用意する段階と、
    熱源を用意する段階と、
    電磁誘導手段を用意する段階と、
    前記第１のチャンバ内へ金属を導入する段階と、
    前記第１のチャンバ内で溶融金属を生み出すよう、前記熱源で金属を加熱する段階と、
    前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で溶融金属の流れを生じさせるよう、前記電磁誘導手段に電流を供給する段階と、
    を備えた、ことを特徴とする炉内での金属溶融方法。
18. 金属を受け入れるためのチャンバを含んだ炉を用意する段階と、
    熱源を用意する段階と、
    電磁誘導手段を用意する段階と、
    重量スクラップを積み込むための領域を用意する段階と、
    前記チャンバ内で大量の金属を溶融させる段階と、
    溶融金属内に流れを誘導するよう、前記電磁誘導手段に電力を供給する段階と、
    溶融金属が重量スクラップと接触はするが重量スクラップを沈降させることはないように、前記流れを方向付ける段階と、
    を備えた、ことを特徴とする炉内での金属溶融方法。
19. 使用時に溶融金属を収容する炉ないしチャンバにおいて、電磁誘導手段を水平に対して一定の傾斜角で接続することで、溶融金属材料の下方および／または上方への流れ、および／または垂直面内での循環を誘導する、ことを特徴とする。
20. 溶融金属内にいて１Ｈｚを上回る、例えば５０Ｈｚ（±１５Ｈｚ）の高速流を誘導するように適合ないし構成されている、ことを特徴とする電磁誘導手段。

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