专利名称：搅拌装置以及采用该搅拌装置的带搅拌装置熔解炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搅拌装置和方法、以及采用该搅拌装置的带搅拌装置 熔解炉。
背景技术：
以往，将Al、Cu、 Zn或其中至少两种合金，或者Mg合金等传导体(导 电体)的非铁金属等的废旧金属等溶解，制成坯料而产品化。此时，为了 使坯料的品质均匀，要充分搅拌熔解炉中的铝等。因此，将搅拌棒放入熔 解炉中，人为地搅拌熔解铝等，或者在炉底设置电动式的搅袢装置，通过 该装置进行熔解铝等的搅拌。在现有的上述人为搅拌的情况下，成为超高温的恶劣环境下的作业， 对作业者的不良影响不可忽视。而且，在上述电气式的搅拌装置中，要有 效地形成搅拌所需的强力磁场。因此，必须要有大的电力。另外，虽然采 用线圈用于形成磁场，但为了抑制该线圈的振荡，必须要可靠地进行冷却， 不仅要对冷却十分留意，而且因装置整体复杂而成本必然增加。这样一来， 现状是装置整体成为价格昂贵的装置，采用其则必须要有大的资金投入， 从而不是能够轻易采用的。发明内容本发明是鉴于上述这一点而提出的，其目的在于提供一种使用电力作 为动力，并且能够以低成本采用的搅拌装置和方法、以及采用该搅拌装置 的带搅拌装置熔解炉。本发明的用于搅拌金属熔液的搅拌装置，备有耐热容器和可旋转地收 放在该耐热容器内部的旋转磁铁体；在上述旋转磁铁体上固定有穿过该旋 转磁铁体的中空的旋转轴，上述旋转磁铁体通过该旋转轴可旋转地安装在 上述耐热容器内；上述中空的旋转轴的一端穿过上述耐热容器而向外气开 口，可从外部送入冷却用的空气，另一端向上述耐热容器内开口，上述耐 热容器具有用于将上述送入的空气排出到外部的排气口；上述旋转磁铁体磁化成沿着外周相互不同的磁极绕上述旋转轴排列。本发明的用于搅拌金属熔液的搅拌装置包括:耐热容器，备有吹入用于冷却的空气的送风用开口，和用于排出热交换后的空气的排气用开口；旋转磁铁体，由永久磁铁构成，可旋转地收放在该耐热容器的内部，来自 上述永久磁铁的磁力线穿过上述耐热容器而到达外部，然后再次穿过上述 耐热容器而返回到上述永久磁铁。本发明的搅拌金属熔解炉主体内的金属熔液的搅拌方法，在上述金属熔解炉主体内或者上述金属熔解炉主体的外侧设置搅拌装置；该搅拌装置 包括耐热容器，备有吹入用于冷却的空气的送风用开口，和用于排出热 交换后的空气的排气用开口；旋转磁铁体，由永久磁铁构成，可旋转地收 放在该耐热容器的内部，来自上述永久磁铁的磁力线穿过上述耐热容器而 到达外部，然后再次穿过上述耐热容器而返回到上述永久磁铁；通过使上 述搅拌装置中的上述旋转磁铁体旋转，搅拌上述金属熔解炉主体内的金属 熔液。本发明的用于搅拌金属熔液的搅拌装置包括具有非磁性材料制的壳 体主体和覆盖该壳体主体的上盖的壳体，上述上盖具有使该壳体的内外连 通的、送风用的第1开口和排气用的第2开口；收放在上述壳体内、可绕大致垂直的轴旋转地轴支承的旋转磁铁体，具有作为旋转轴的上侧轴和下 侧轴，至少上述上侧轴是中空体，该上侧轴通过上述第l开口与上述壳体 的外部连通，可从外部向上述壳体内送风，并且磁化成相互不同的磁极沿 着外周排列。本发明的用于搅拌金属熔液的搅拌装置备有耐热容器和可旋转地收放在该耐热容器内部的旋转磁铁体；在上述旋转磁铁体上固定有穿过该旋转磁铁体的中空的旋转轴，上述旋转磁铁体通过该旋转轴可旋转地安装在上述耐热容器内；上述中空的旋转轴的一端穿过上述耐热容器而向外气开口，可从外部送入冷却用的空气，另一端向上述耐热容器内开口，上述耐 热容器具有用于将上述送入的空气排出到外部的排气口；上述旋转磁铁体磁化成沿着外周相互不同的磁极绕上述旋转轴排列。本发明的带搅拌装置金属熔解炉，在金属熔解炉内或者金属熔解炉的 炉壁外侧附近设置有一个或两个以上上述搅拌装置。
图l是本发明所涉及的带搅拌装置熔解炉的整体结构图。图2将组装在图1中的搅拌装置的一部分剖开的侧视图。 图3是平面地表示图2中的旋转磁铁体的一部分的说明图。 图4是将本发明所涉及的不同的搅拌装置的一部分剖开的侧视图。 图5是图4的A-A向剖视图。图6是组装了图4的搅拌装置的带搅拌装置熔解炉的整体结构图。 图7是图6的变形例。
具体实施方式
图1平面地表示组装了本发明所涉及的搅拌装置101的熔解炉系统 (带搅拌装置瑢解炉)100的整体结构。即，熔解炉(熔解炉主体)102 可使用现有的熔解炉。也就是说，这种熔解炉102是投入铝等非铁金属 (Al、 Cu、 Zn或其中至少两种的合金，或者Mg合金等传导体(导电体) 的非铁金属)的坯料，通过各种燃烧器(未图示)进行加热而使其熔解。 另外，本发明除了非铁金属的熔解炉之外，当然也可以适用于除此之外的 金属的熔解炉。在这种熔解炉102四边的侧壁中的一边上开有熔液出口 104和熔液入口 105。通过弯曲成大致U字形的耐火材料制(或者耐热材 料制)的熔液通路部件107使熔液出口 104和熔液入口 105流通。这样一 来，熔解炉102中的熔液103从熔液出口 104流出，从熔液入口 105循环 到熔解炉102中。在上述U字形的熔液通路部件107的内侧、即该部件107和熔解炉 102之间，沿着上述通路部件107的内侧面配置有上述搅拌装置101。通 过该搅拌装置102的后面详细叙述的动作，熔解炉102中的熔液如图中的 箭头A所示，连续地进行从熔液出口 104流出，并环流到熔液入口 105 的动作。因此，在熔解炉102中，熔液103的搅拌沿着箭头B进行。 上述搅拌装置101的详细结构示于图2。该搅拌装置101大致上是通 过使磁铁旋转而使从其上发出的磁力线(磁场)旋转，在电磁力的作用下 使熔液通路部件107中的熔液强制地朝向图1中箭头A的方向流动。另外， 备有用于有效地冷却此时产生的热的空冷机构。 以下，对搅拌装置101进行详细说明。图2中，作为不锈钢等非磁性部件制的壳体的外筒1备有上盖2。在 该外筒1的内部轴支承有可绕大致垂直的轴L旋转的旋转磁铁体4。也就 是说，在外筒l的底面内侧安装有下侧轴承。而且，在上盖2的外表面上 安装有上侧轴承6。另一方面，由这些轴承5、 6轴支承的上述旋转磁铁 体4具有上下隔开的、作为支承板的上镜板8和作为下支承板的下镜板9，在其间固定有四个永久磁铁的磁铁体11、 11、......。这些磁铁体11的数量并不仅限于四个，也可以是除此之外的任意数量、例如六个等。从作为去除了上镜板8的图的图3可知，这些磁铁体11、 11、......是大致以90°的间隔配置的。各磁铁体11、11、......以各磁铁体ll是内侧和外侧为N、 S的磁极、极性每隔90°相反的方式交替地配置的。这样一来， 如图3所示形成磁力线ML。该磁力线ML在图1的设置状态下自然穿过熔 液通路部件107中的熔液。另外，在上述上和下镜板8、 9上，以贯穿状 态固定有作为用于使其旋转的上、下的旋转轴的上中空轴13和下中空轴 14。也就是说，上中空轴13穿过上盖2的送风用开口 2b。这些上和下中 空轴13、 14可旋转地轴支承在上述上和下侧轴承6、 5上。在上述上盖2上固定有用于驱动旋转磁铁体4旋转的驱动马达15。 在该马达15的驱动轴15a上安装有驱动侧链轮16，在上述上中空轴13 上安装有从动侧链轮17。在该一对链轮16、 17之间绕挂有传动用的链条 18。因此，旋转磁铁体4在上述驱动马达15的驱动力作用下旋转。另外，在上述上盖2上安装有鼓风机19。该鼓风机19的排出口 19a 经由管接头22以连通状态固定在上述上中空轴13上。该管接头22将图 中下侧的旋转的中空轴13和图中上侧的鼓风机19的静止状态的排出口 19a支承在连通状态。因此，来自鼓风机19的风横向穿过磁铁体11、11、......之间，并且在穿设于下镜板9上的通风孔9a、 9a、......以及下中空轴14中向下流动。进而，这些风的流向变为朝上，从穿设于上盖2上的排风孔2a、 2a、......以及排风管20、 20、..... 排放到外气中。在这种流动的过程中，因电磁力(涡电流)而在外筒l上产生的热被 冷却。另外，外筒l也可以由耐热树脂构成。在这种情况下，虽然没有焦 耳热产生的自发热，但鼓风机19进行的冷却有效地用于对来自烙液等的 辐射热的冷却。这样一来，如上所述，在图1中所示的熔解炉系统100中，在搅拌装 置101的作用下，熔液通路部件107中的铝熔液如箭头A所示强制地循环，因而熔解炉102中的熔液103也如箭头B所示循环而被搅拌。在这种搅拌 装置101中，如图2所示，将来自鼓风机19的风强制地送入内部。这样一来，随着磁铁体11、 11、......的旋转而由涡电流在外筒1上产生的焦耳热被来自上述鼓风机19的风冷却。另外，在上述的实施例中，作为旋转磁铁体4，示出了在上下两片镜板8、 9之间以直立状态固定有四个永久磁铁的磁铁体11、 11、......的例子，但当然并不仅限于这种结构。即，只要是如图3所示或者以其为基 准产生磁力线的结构的磁铁构造物即可。以下，对为了确认装置而进行的实验加以说明。根据本发明的实施例的装置进行的熔液搅拌实验，使磁场强度为 0.05T，搅拌装置101的旋转频率为1Hz以上，进行了非常有效的熔液的 搅拌。另外，根据该实验结果，以每吨铝熔液消耗0.72kw电力即可充分 地搅拌。而在现有的电磁式搅拌装置的情况下，其消耗电力为1.6 3.75kw/吨。由此可知，本发明的装置每搅拌1吨熔液所需要的消耗电力 大幅度减少。熔液搅拌速度也可达到40m/min以上。以下，对不同的实施方式加以说明。图4、 5表示作为本发明的实施例的搅拌装置401。当然也可以采用 这种搅拌装置401以取代图1的搅拌装置101。这种搅拌装置401是作为 耐热型构成的，例如在浸渍于通用的熔解炉中，或者象从图6、 7可知那 样，设置在熔解炉的炉壁稍外侧的状态下使用。另外，当然也可以相反地 采用图2的搅拌装置101以取代图6、 7中的搅拌装置401。这种搅拌装置401从图4、 5可知，是将移动磁场发生装置403收放 在耐热型、且带冷却装置的多重结构的耐热容器402内。这种耐热容器 402备有作为不锈钢等非磁性部件制的壳体的外筒(耐热材料制的筒)301 和上盖302。在该外筒301的内部，以模芯的状态依次收放有隔热筒303 以及不锈钢筒305。隔热筒303和不锈钢筒345分别备有盖304、 306。最 内部的不锈钢筒305的底成为上底309和下底310的双重底，通过上底 309将不锈钢筒305的内部分成上部空间314a和下部空间314b。另外， 在该上底309上穿设有贯通该上底309、使上部、下部空间314a、 314b连通的空气孔309a、 309a、......。如后所述，从鼓风机19经过中空的旋转轴322送入下部空间314b中的冷却用空气从这些空气孔309a、 309a、......流入上部空间314a，从空气孔302a、 304a、 306a流出到外气中。而且，在该上底309上安装有下部轴承312，在该不锈钢筒305的 盖306的内侧安装有上部轴承313。在上述盖302、 304、 306上穿设有将 外气与上部空间314a连通的空气孔302a、 304a、 306a。收放在上述结构的耐热容器402内部的移动磁场发生装置403备有旋 转磁铁体320。由于这种旋转磁铁体320为大致环形的形状，所以特别是 从图5可知，对置的外周部分被磁化，成为N极和S极。因此，如图5所 示产生磁力线ML。这种磁力线ML即使在装置401浸渍在熔液中的状态下、 靠近装置401的外侧设置的情况下均穿过熔液。因此，通过该旋转磁铁体 320的旋转，磁力线ML在铝等的熔液中移动。从而使熔液旋转。在这种旋转磁铁体320上固定有以贯通状态固定的中空的旋转轴 322。该旋转轴322轴支承在上述上部、下部轴承313、 312上，两端分别 贯穿盖302、 304、 306和下底309。这样一来，旋转磁铁体320可绕垂直 的轴旋转，并且外气与上述下部空间314b连通。旋转磁铁体320的极数 并不仅限于一对，也可以是两对、三对等任意对的极数。另外，旋转磁铁 体320无需是一体构成的永久磁铁，也可以是圆周状地排列多个永久磁铁 的磁铁棒，在外周侧交错地呈现不同的极。作为上述旋转磁铁体，还可以取代永久磁铁而采用电磁铁。在最外的上述上盖302上，经由安装台315A固定有用于驱动该旋转 磁铁体320旋转的驱动马达315。在该马达315的驱动轴315a上安装有 驱动侧链轮316，在上述旋转轴322上安装有从动侧链轮317，在这一对 链轮316、 317之间绕挂有传动用的链条318。这样一来，移动磁场发生 装置403 (旋转轴322、旋转磁铁体320)在上述驱动马达315的驱动力 作用下旋转。另外，在外部(或者上述上盖302的上表面)上安装有鼓风机319。 该鼓风机319经由配管324、挠性连接管325、管接头(未图示)以连通 状态固定在上述旋转轴322上。这种管接头将在图中下侧的旋转的旋转轴 322和图中上侧的不旋转的挠性连接管325连接成连通状态。因此，来自 鼓风机319的空气经过旋转轴322流入下部空间314b，经过空气孔309a、309a、......到达上部空间314a，其间一边从内侧冷却耐热容器402， 一边从空气孔302a、 304a、 306a流出到外气中。另外，上述不锈钢筒305 也可以由耐热树脂构成。在这种情况下，虽然没有焦耳热产生的自发热， 但鼓风机319进行的冷却有效地用于对来自熔液等的辐射热的冷却。8当将上述结构的搅拌装置401浸渍在通用的熔解炉中，使旋转磁铁体 320旋转时，在随着其上产生的磁力线ML的旋转产生的电磁力的作用下， 熔液被搅拌。此时由于来自鼓风机319的冷却用空气也吹入耐热容器402 内，所以不锈钢筒305被该空气有效地冷却。也就是说，在这种搅拌装置 401中，如图4所示，来自鼓风机319的空气被强制地送入耐热容器402 的内部。因此，随着旋转磁铁体320的旋转，来自因涡电流而在不锈钢筒 305上产生的焦耳热以及来自熔液的辐射热被来自上述鼓风机319的空气 可靠地冷却。图6平面地表示组装了上述搅拌装置401的本发明的熔解炉系统500 的整体结构。大致上是将搅拌装置401设置在熔解炉501的炉壁之外附近， 通过使该装置401上的旋转磁铁体320旋转而使从其上产生的磁力线(磁 场)旋转，在电磁力的作用下强制地使熔液通路部件507中的熔液朝向箭 头A的方向流动、即使熔解炉501中的熔液502朝向箭头B的方向流动而 进行搅拌。更详细地说，熔解炉501可采用与现有相同的熔解炉。也就是说，这 种熔解炉501是投入铝等坯料，用各种燃烧器(未图示)进行加热而使其 熔解。在这种熔解炉501四边的侧壁中的一边上开有熔液出口 504和熔液 入口 505。通过弯曲成大致U字形的耐火材料制(或者耐热材料制)的熔 液通路部件507使熔液出口 504和熔液入口 505连通。这样一来，熔解炉 501中的熔液502从熔液出口 504流出，从熔液入口 505循环到熔解炉501 中。也就是说，熔液通路部件507具有作为旁路的功能。在上述U字形的熔液通路部件507和熔解炉501之间，大致沿着上述 熔液通路部件507的内侧面配置有上述搅拌装置401 。通过该搅拌装置401 的、随着前述旋转磁铁体320的旋转产生的电磁力，熔解炉501中的熔液 如图中的箭头A所示，连续地进行从熔液出口 504流出，并环流到熔液入 口 505的动作。这样一来，在熔解炉501中，熔液502的搅拌沿着箭头B 进行。图7是表示在熔液通路部件507的外侧也设置搅拌装置401的例子。 除此之外与图6相同。因此，对相同的部件赋予相同的附图标记而省略其 说明。另外，搅拌装置401可在任意的场所设置任意的数量。作为本发明实施例的装置，由于采用了用于产生磁场的永久磁铁，所 以仅有小型的鼓风机319和驱动马达315消耗电力，是非常小的。将发明实施例的装置组装在被称为小型炉的15吨炉以下大小的熔解炉中后，得 到了搅拌速度为20-30m/min的结果。当然，也可以根据目的而在这种搅 拌速度为任意值的状态下运行。在现有的电磁式搅拌装置的情况下，由于设置多个三相交流的线圈作 为磁场发生部，所以消耗电力增大，同时维修成本也不可避免地增加。而 在本发明中，无论在何种实施方式中，都无需采用三相交流的线圈。因此， 消耗电力减小，同时维修成本也低，并且能够简单地组装在现有的炉中。
权利要求
1.一种用于搅拌金属熔液的搅拌装置，其特征是，备有耐热容器和可旋转地收放在该耐热容器内部的旋转磁铁体；在上述旋转磁铁体上固定有穿过该旋转磁铁体的中空的旋转轴，上述旋转磁铁体通过该旋转轴可旋转地安装在上述耐热容器内；上述中空的旋转轴的一端穿过上述耐热容器而向外气开口，可从外部送入冷却用的空气，另一端向上述耐热容器内开口，上述耐热容器具有用于将上述送入的空气排出到外部的排气口；上述旋转磁铁体磁化成沿着外周相互不同的磁极绕上述旋转轴排列。
2. —种带搅拌装置金属熔解炉，其特征是，在金属熔解炉内或者金 属熔解炉的炉壁外侧附近设置有一个或两个以上权利要求1所述的搅拌 装置。
3. 如权利要求2所述的带搅拌装置金属熔解炉，其特征是，上述金 属熔解炉备有使内部的熔液旁路并再次返回内部的循环路径，上述一个或 两个以上搅拌装置设置在该循环路径的外侧。
全文摘要
用于搅拌金属熔液的搅拌装置，备有耐热容器和可旋转地收放在该耐热容器内部的旋转磁铁体；在上述旋转磁铁体上固定有穿过该旋转磁铁体的中空的旋转轴，上述旋转磁铁体通过该旋转轴可旋转地安装在上述耐热容器内；上述中空的旋转轴的一端穿过上述耐热容器而向外气开口，可从外部送入冷却用的空气，另一端向上述耐热容器内开口，上述耐热容器具有用于将上述送入的空气排出到外部的排气口；上述旋转磁铁体磁化成沿着外周相互不同的磁极绕上述旋转轴排列。
文档编号B01F13/00GK101255505SQ20071016067
公开日2008年9月3日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年12月22日
发明者高桥谦三 申请人:高桥谦三