專利名稱：金屬熔煉爐及配料熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬熔煉、具備配料裝置的熔煉爐。更詳細(xì)地說，是涉及具有能夠配合一定的純金屬料得到與熔煉標(biāo)準(zhǔn)料所得的所希望的金屬熔液同組成的金屬熔液的功能、除了標(biāo)準(zhǔn)料和與標(biāo)準(zhǔn)料大致同組成的回爐料(包括廢金屬料)外還能將一定的純金屬料作為原料、并且可以將這些料中的任意料作為原料使用的金屬熔煉爐，以及配料熔煉方法。
一般在流體成型加工中多使用金屬料作為原料，將金屬料熔煉成稱為金屬熔液的流體，再倒入金屬模成型。此時(shí)，大多要求作為原料的金屬熔液有一定的標(biāo)準(zhǔn)組成。這是因?yàn)椋饘偃垡航M成的變化可能使金屬熔液的流動(dòng)性下降，從而在成型加工品的形狀上產(chǎn)生缺陷，或者使成型加工品的機(jī)械性能不佳。
例如作為制品，舉例用鑄造法鑄造鋁輪的情況，作為原料的金屬料，多使用按照AA標(biāo)準(zhǔn)的A356鋁合金。所謂A356鋁合金，是在Al(鋁)中含Si(硅)6.5～7.5質(zhì)量％、Mg(鎂)0.30～0.45質(zhì)量％、Ti(鈦)0.20質(zhì)量％以下的合金，由于構(gòu)成為這樣的組成，能夠賦予成型加工得到的制品優(yōu)良的機(jī)械性能和良好的耐腐蝕性，此外，由于鑄造性優(yōu)良，所以容易實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)和美觀要求，適宜作為處于嚴(yán)格使用狀況下的鋁輪原料用的合金料。
在使用這樣的符合標(biāo)準(zhǔn)的合金料(標(biāo)準(zhǔn)料)作為原料的范圍內(nèi)，能夠賦予成型的制品所期望的性能，難以產(chǎn)生問題。
另外，例如用鑄造法制作制品時(shí)，在鑄造工序中，在制品形狀成型空間的型腔中成型的部分，作為內(nèi)澆口成型制品，附帶著不必要的部分而構(gòu)成成型品，但該不必要部分在完成制品前被除去，可以作為原料再利用。或者在檢查中認(rèn)定為不合格的制品，變?yōu)閺U金屬料，也可以作為原料再利用。由于它們與標(biāo)準(zhǔn)料有大致相同的組成，所以能直接構(gòu)成原料，通過利用包括廢金屬料在內(nèi)的回爐料，能夠削減原料費(fèi)，謀求制品成本的降低。
可是，由于最近考慮到抑制廢料的排出會(huì)對(duì)環(huán)境更為有利，或者是因?yàn)樾枰咭筮M(jìn)一步降低成本，希望除了上述回爐料外，能將較低成本的、有一定組成的標(biāo)準(zhǔn)料之外的料作為原料使用。
例如，如果將純金屬料作為原料使用，與購入符合標(biāo)準(zhǔn)的合金料作為原料相比較，可以謀求使原料費(fèi)用降低相當(dāng)一部分成本。更詳細(xì)地說，在制作鋁輪制品時(shí)，如果將高純Al作為主原料以代替上述A356鋁合金，并用Si、Mg、Ti作為添加原料進(jìn)行配料熔煉得到所希望的金屬熔液，就能進(jìn)一步謀求低成本化。
由于各種純金屬料優(yōu)選高純度的，所以在純金屬料中，也可以采用某些符合一定標(biāo)準(zhǔn)的料，但即便在這種情況下，通常，也是因?yàn)榫哂幸欢ńM成的標(biāo)準(zhǔn)料更廉價(jià)。如果能夠進(jìn)而在該純金屬料或標(biāo)準(zhǔn)料中使用切屑，則能進(jìn)一步謀求低成本化，同時(shí)廢物被再利用，是最為理想的。
然而，在連續(xù)熔煉爐中，主原料投入量一般不是一定的，由于無法捕捉由熔煉熱源熔煉的主原料的量，因此，要混入的添加原料的量也難以把握，要進(jìn)行配料熔煉并穩(wěn)定地得到有一定組成的金屬熔液是困難的。因而主要將金屬錠等定型的標(biāo)準(zhǔn)料作為原料使用。
另外，切屑是指機(jī)加工產(chǎn)生的切屑，是易氧化、熔煉回收率也差的料。
但是，可以設(shè)置間歇處理熔煉爐，在這種間歇處理熔煉爐中用各種純金屬料作為原料進(jìn)行配料熔煉，可作為得到所希望的與標(biāo)準(zhǔn)料相當(dāng)?shù)慕饘偃垡旱氖侄?，但由于間歇處理熔煉爐熔煉效率差，操作時(shí)在所運(yùn)用的方法中損耗也多，處理費(fèi)用高，因此即使能減低原料費(fèi)，也難以得到總成本減低的效果。僅僅是取代了標(biāo)準(zhǔn)料的提供者，而結(jié)果大致相等，并不能解決問題。
在以上基礎(chǔ)上，對(duì)連續(xù)熔煉爐的結(jié)構(gòu)和配料熔煉方法進(jìn)行了更詳細(xì)的深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用以下手段就能達(dá)成上述目的。
即，按照本發(fā)明，提供了一種金屬熔煉爐，其特征在于，是能夠熔煉合金料A得到金屬熔液A的連續(xù)式熔煉爐，具有能夠熔煉包括在多種純金屬料構(gòu)成的純金屬料組Xn中的至少2種以上的純金屬料并得到上述金屬熔液A的配料功能。
優(yōu)選的是，具有該配料功能的裝置包括求出熔煉爐出熔液量QOUt的第1裝置，設(shè)定合金料A的投入量QINA、進(jìn)行熔煉、得到金屬熔液YA的第2裝置，算出包括在純金屬料組Xn中的主原料的純金屬料X1的投入量QIN1、在金屬熔液YA中熔煉、得到金屬熔液Y1的第3裝置，和算出包括在由純金屬料組Xn的構(gòu)成要素的至少1種以上的添加原料構(gòu)成的純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm、在金屬熔液Y1中熔煉、得到金屬熔液A的第4裝置。QINA也可以為0。另外，QINl和QINm也可以為0。
另外，此時(shí)第3裝置中的純金屬料X1的投入量QINl可以由下式(1)表示QINl＝QOUt-QINA...... (1)此外，包括在第4裝置的純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm，在該純金屬料的含有比為Pm(質(zhì)量％)時(shí)，可以由下式(2)表示QINm＝QINl×Pm/100 ...... (2)在本發(fā)明的金屬熔煉爐中，優(yōu)選的是，具備包括在純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料熔煉的攪拌裝置。
另外，在合金料A和/或包括在純金屬料組Xn中的至少2種以上純金屬料中，優(yōu)選含有切屑。而且，具備該切屑的熔煉攪拌裝置對(duì)有效熔煉是必須的。
本發(fā)明的金屬熔煉爐適用于主主要原料是由鋁、鋅、鎂的任何一種構(gòu)成的輕金屬的金屬熔液A的熔煉。更適用于其主主要原料是鋁，含硅4～24質(zhì)量％、含鎂0.3～0.5質(zhì)量％、含鈦0.05～0.25質(zhì)量％的金屬熔液A的熔煉。
本發(fā)明的金屬熔煉爐，優(yōu)選具備熔煉的金屬熔液A的組成分析裝置。
另外，優(yōu)選的是，本發(fā)明的金屬熔煉爐是具備能夠熔煉合金料A得到金屬熔液A及熔煉純金屬料X1得到金屬熔液Y1的熔煉室，能夠在金屬熔液Y1中熔煉包括在純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料得到金屬熔液A的保溫室，和能夠?qū)⒑辖鹆螦及純金屬料X1裝入熔煉室的塔狀導(dǎo)入部的塔型熔煉爐，熔煉室和/或保溫室的散熱結(jié)構(gòu)使廢熱經(jīng)塔狀導(dǎo)入部排出，藉此能夠預(yù)熱合金料A或純金屬料X1。
另外，在本發(fā)明的金屬熔煉爐中，可以將與合金料A大致同組成的回爐料作為原料使用，或與合金料A并用，以代替合金料A、。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，具備能夠?qū)τ诙ㄐ驮虾筒欢ㄐ驮戏謩e對(duì)應(yīng)的至少2種原料投入機(jī)。
另外，按照本發(fā)明，提供了一種配料熔煉方法，它是能夠使用熔煉爐，熔煉合金料A和/或包括在由多種純金屬料構(gòu)成的純金屬料組Xn中的至少2種以上純金屬料、得到金屬熔液A的配料熔煉方法，其特征在于，包括以下班工序，即，求出熔煉爐出熔液量QOUt的第1工序，設(shè)定合金料A的投入量QINA、進(jìn)行熔煉、得到金屬熔液YA的第2工序，算出包括在純金屬料組Xn中的主主要原料的純金屬料X1的投入量QIN1、在金屬熔液YA中熔煉、得到金屬熔液Y1的第3工序，和算出包括在由純金屬料組Xn的構(gòu)成要素的至少1種以上的添加原料構(gòu)成的純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm、在金屬熔液Y1中熔煉、得到金屬熔液A的第4工序。
在本發(fā)明的配料熔煉方法中，第3工序中的純金屬料X1的投入量QIN1可以由QINl＝QOUt-QINA表示，此外，第4工序中的包括在純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm，在該純金屬料的含有比為Pm(質(zhì)量％)時(shí)，可以由QINm＝QINl×Pm/100表示。
在本發(fā)明的配料熔煉方法中，優(yōu)選包括在第4工序之后，進(jìn)行金屬熔液A的組成分析的第5工序。
圖2是是表示本發(fā)明的金屬熔煉爐一個(gè)實(shí)施例的圖，是表示

圖1所示熔煉爐本體的BB剖面的垂直剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的金屬熔煉爐一個(gè)實(shí)施例的圖，是表示圖1所示熔煉爐本體的AA剖面的垂直剖面圖。
圖4是表示用包括本發(fā)明的金屬熔煉爐的鑄造法的金屬制品制造工藝一例的方框流程5是表示本發(fā)明的金屬熔煉爐總體結(jié)構(gòu)一例的方框流程圖。
例如，在本說明書中，將鋁合金料A356取作標(biāo)準(zhǔn)料即合金料A的代表例，揭示了構(gòu)成該A356的Al、Si、Mg、Ti作為包括在由多種純金屬料構(gòu)成的純金屬料組Xn中的至少2種以上的純金屬料的一例，將包括在純金屬料組Xn中的主要原料的純金屬料X1記載為Al、將純金屬料組的構(gòu)成要素的包括在由添加原料構(gòu)成的純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料記載為Si、Mg、Ti，但本發(fā)明在根本上是能夠熔煉合金料得到金屬熔液的連續(xù)式熔煉爐，是涉及具備配料功能、能夠熔煉一定的純金屬料得到所希望的金屬熔液的金屬熔煉爐及配料熔煉方法；當(dāng)然，作為標(biāo)準(zhǔn)材料的金屬，也可以是A356合金以外的鋁合金，或鋁合金以外的其它輕金屬例如鈦或鎂、鋅等的合金，不作限定。也可選定純金屬料使其組合為合金的組成，不受限定。
本發(fā)明的金屬熔煉爐，不僅是能熔煉符合一定標(biāo)準(zhǔn)的合金料、而且是能用純金屬料作為原料進(jìn)行配料熔煉、得到所希望組成的金屬熔液并供給后步工序的一般鑄造裝置或壓鑄裝置等成型加工裝置的熔煉爐。本發(fā)明的金屬熔煉爐將以下裝置作為主要的構(gòu)成裝置裝入標(biāo)準(zhǔn)料或回爐料或者純金屬料在內(nèi)的主原料并進(jìn)行熔煉的熔煉室，保溫熔煉室中得到的金屬熔液并按必要熔煉添加原料或切屑的保溫室。
此外，在本說明書中，純金屬料指的是雜質(zhì)總量在一定比例以下的金屬。而且在單說標(biāo)準(zhǔn)料時(shí)，僅指預(yù)先將多種金屬以一定比例配合的合金料。
本發(fā)明的金屬熔煉爐有以下特征一方面是連續(xù)式熔煉爐，一方面具備由例如2種以上的純金屬料，得到相當(dāng)于熔煉所希望的合金料所得到的金屬熔液的組成的金屬熔液的配料功能。另外還有以下特征能混合存在地進(jìn)行合金料的熔煉和2種以上純金屬料的熔煉。由于具備這一特征，可以謀求原料費(fèi)的進(jìn)一步削減，不僅能賦予經(jīng)本發(fā)明的金屬熔煉爐制作的金屬制品以成本競(jìng)爭(zhēng)力，而且只要是成分清楚，就容易有效利用例如切屑等廢料，能夠減低廢料排出并放置的機(jī)會(huì)，防止環(huán)境惡化。
以下根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的金屬熔煉爐進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明的金屬熔煉爐，是在完成金屬熔煉、純凈化、保溫、模具成型工序的金屬制品鑄造法的制造工藝中位于初期階段、包括配料的金屬熔煉處理中使用的裝置。
圖5是表示本發(fā)明的金屬熔煉爐總體結(jié)構(gòu)一例的方框流程圖。如圖5所示，金屬熔煉爐11，優(yōu)選由熔煉爐本體10，附帶的4系統(tǒng)原料給料器和出金屬熔液的金屬熔液3的組成分析裝置20構(gòu)成。而且，4系統(tǒng)原料給料器優(yōu)選由2種主原料給料器31、32，添加原料給料器33和切屑原料給料器34構(gòu)成。
首先對(duì)原料給料器進(jìn)行說明。
主原料給料器31具備原料傳送帶61和密封容器式原料投入機(jī)62，是將定型料25投入熔煉爐本體10的設(shè)備。原料傳送帶61是準(zhǔn)備投入熔煉爐本體的定型料而待機(jī)的傳送機(jī)，順次將定型料25預(yù)先交給密封容器式原料投入機(jī)62。在原料傳送帶61之后，優(yōu)選設(shè)置自動(dòng)計(jì)量裝置，在預(yù)先交給之前計(jì)量定型料25。這是為了能夠與配料無關(guān)地進(jìn)行投入料量的管理。密封容器式原料投入機(jī)62把持、載置由原料傳送帶61受取的定型料25，使其移動(dòng)到熔煉爐本體10的裝入口，平穩(wěn)地投入熔煉爐本體10內(nèi)。主原料給料器31在投入主原料時(shí)，不應(yīng)引起沖擊，以免損傷熔煉爐本體10的內(nèi)面。
所謂定型料25，是將例如棒狀錠料單件組合成為一定形狀的料體，通常應(yīng)當(dāng)是適合于一定標(biāo)準(zhǔn)的合金料8，或者是作為用于配料的主原料的純金屬料1。
主原料給料器32具備升降式原料投入機(jī)63，是將不定型料26投入熔煉爐本體的設(shè)備。升降式原料投入機(jī)63由升降機(jī)將裝入不定型料26的箱或籠提升到熔煉爐本體10的裝入口，投入熔煉爐本體10內(nèi)。提升方式不限，采用油壓式、鋼纜式均可。
主原料的形狀不作限定，可以投入檢查不合格的制品，即，廢金屬料6、或鑄造時(shí)在制品型腔外成型并在剪切工序中除去的無用料5等回爐料2。非錠體的不定型的但適合一定標(biāo)準(zhǔn)的合金料8、或者作為配料用的主原料的純金屬料1，也可以用該主原料給料器32投入熔煉爐本體10內(nèi)。
添加原料給料器33具備料斗64和定量給料器65，是將微量金屬料9投入熔煉爐本體10的設(shè)備。一定量的微量金屬料9在料斗64中待機(jī)，由定量給料器65計(jì)量對(duì)應(yīng)于主原料的必要量，加入熔煉爐本體10的攪拌室53。料斗64和定量給料器65的方式不作限定。例如，可以采用研缽底狀的倒立圓錐體、裝備在底部開口部的料斗64用振動(dòng)給料器給料，或在具有一定容量的容器中具備測(cè)力傳感器、在給料中進(jìn)行減算直到設(shè)定量、能夠計(jì)量和投入的定量給料器65。
微量金屬料9，通常是與主原料不同的純金屬料12的小片或小塊，例如是在主原料中用純金屬料1時(shí)，為使熔煉得到的金屬熔液有所希望的組成而添加其必要量的料。
切屑原料給料器34具備料斗66和定量給料器67，是將切屑4投入熔煉爐本體10的設(shè)備。一定量的切屑4在料斗66中待機(jī)，由定量給料器67計(jì)量投入量，加入熔煉爐本體10的攪拌室54。料斗66和定量給料器67的方式等不作限定，可以采用與上述料斗64和定量給料器65同樣的方式。
切屑4是機(jī)加工的切屑，通常應(yīng)該用適合于一定標(biāo)準(zhǔn)的合金料。雖然能獲得的量有限，但如果使用，則可以減小材料損耗，使原料費(fèi)大為削減。
在本發(fā)明的金屬熔煉爐11中，具備上述4系統(tǒng)原料給料器31～34，可以分別獨(dú)立地任意運(yùn)行。因而，對(duì)于一個(gè)金屬熔煉爐11，只要由主原料給料器31、32同時(shí)投入的原料組成是同樣的，就能單獨(dú)或同時(shí)實(shí)施以適合一定標(biāo)準(zhǔn)的合金料8作為原料的一般熔煉，以一定的2種以上純金屬料1、12作為原料的配料熔煉，和以切屑作為原料的熔煉。
也就是說，能夠?qū)⒔饘馘V等定型合金料8、不定型回爐料2、切屑4等所有的料，不論形狀作為原料投入，可以以最適宜的手段對(duì)應(yīng)原料的形狀。由于能夠由4系統(tǒng)原料給料器31～34同時(shí)向熔煉爐本體10供給原料，所以能進(jìn)行主原料、添加原料的配料熔煉，此時(shí)，即使在主原料或添加原料的任一種中含切屑4，也可以進(jìn)行配料熔煉。另外，在同時(shí)運(yùn)行主原料給料器31、32時(shí)，優(yōu)選投入的主原料的組成是同樣的。同時(shí)運(yùn)行主原料給料器31、32但投入的主原料的組成不同時(shí)，必須另外設(shè)置計(jì)量裝置，求出各個(gè)主原料的投入量。
接著，除了圖5外還參照?qǐng)D1～圖3，對(duì)熔煉爐本體進(jìn)行說明。
圖1是表示本發(fā)明的金屬熔煉爐一個(gè)實(shí)施例的圖，是熔煉爐本體10的水平剖面圖。另外，圖2是表示圖1所示熔煉爐本體10的BB剖面的垂直剖面圖，圖3是表示圖1所示熔煉爐本體10的AA剖面的垂直剖面圖。
熔煉爐本體10由塔狀導(dǎo)入部55，連接塔狀導(dǎo)入部55的熔煉室51，及連接熔煉室51的保溫室52構(gòu)成。在保溫室52中，為了促進(jìn)微量金屬9和切屑4的熔煉，防止熔煉不良，優(yōu)選設(shè)置攪拌室53、54。
如果由塔狀導(dǎo)入部55投入定型原料25或不定型原料26即主原料，則通過熔煉熱源、例如通過圖2所示的熔煉燒嘴71在熔煉室51中進(jìn)行熔煉，再例如因重力流入保溫室，與按必要經(jīng)攪拌室53投入的添加原料的微量金屬料9、或者與經(jīng)攪拌室54投入的主原料或作為添加原料的切屑4混合，得到所希望的金屬熔液3。金屬熔液3在保溫室52中由保溫?zé)嵩?、例如由圖3所示的保溫?zé)?2保持一定的溫度，滯留一定時(shí)間后，由圖1所示的出熔液口56放出熔液到下步工序。
塔狀導(dǎo)入部55和熔煉室51的形狀、大小不作限定，但優(yōu)選的是，其結(jié)構(gòu)要能依次將主原料投入塔狀導(dǎo)入部55、在熔煉室51中由熔煉熱源熔煉。在圖2和圖3所示的例中，作為主原料，例如組成合金料8的金屬錠的定型料25堆積在熔煉室51和塔狀導(dǎo)入部55中。主原料由靠近熔煉熱源的熔煉燒嘴71的下部被熔煉，流入到保溫室52。這樣，使塔狀導(dǎo)入部55和熔煉室51一體化，塔狀導(dǎo)入部55只要是能接收最大外形的主原料，優(yōu)選做成較細(xì)長的塔狀。這是因?yàn)椴牧系念A(yù)熱帶增長能夠更有效地回收廢熱。從而能將金屬熔煉爐11的設(shè)置面積做得較小。
另外，在塔狀導(dǎo)入部55中，優(yōu)選設(shè)置光電管開關(guān)等，以便能夠感知投入的主原料量，從而可把握材料填充的料面。如果主原料量少，則優(yōu)選能夠由主原料給料器31、32自動(dòng)投入合金料8等。
另外，優(yōu)選在塔狀導(dǎo)入部55的上部設(shè)廢氣口57。這是因?yàn)槿蹮捠?1和保溫室52的廢熱也經(jīng)塔狀導(dǎo)入部55排出，該廢熱將塔狀導(dǎo)入部55中順序等待熔煉的主原料預(yù)熱，使熔煉所需要的熔煉熱源的熱發(fā)生量減少，能夠顯現(xiàn)更節(jié)能的效果。通過將塔狀導(dǎo)入部55做成大容量，與保溫室52的容量適應(yīng)，起到緩沖的作用，即便出熔液量有變動(dòng)，也能使主原料投入量更均衡。
保溫室52的大小不作限定，但由于熔煉室熔煉的金屬熔液比保溫室的熔液溫度低，保溫室的熔液又因反復(fù)出熔液導(dǎo)致熔液面反復(fù)變動(dòng)，所以必須是能在最短時(shí)間內(nèi)維持保溫溫度的適度的容量。此外，保溫室的形狀不作限定，但其結(jié)構(gòu)優(yōu)選底面大致為平面、側(cè)面為垂直面，并盡可能使水平剖面的形狀為四邊形等簡(jiǎn)單的形狀。這是因?yàn)?，只要深度方向斷面積大致不變，熔液液面的面積是已知的，則通過在保溫室52中安裝液面計(jì)計(jì)測(cè)保溫室52內(nèi)液面高度的變動(dòng)，就能由液面面積×液面高度的變動(dòng)差，容易地算出出熔液量。由于金屬熔液和熔液面上部都是高溫，所以液面計(jì)優(yōu)選采用由激光傳感器等構(gòu)成的非接觸型的。
熔煉熱源和保溫?zé)嵩床幌薅ㄓ跓?，例如在熔煉熱源中也可以使用電阻、電感?yīng)、電弧等電氣系熱源，或者激光、電子束等電子系的加熱方法。
另外，在保溫?zé)嵩粗?，也可以使用加熱器。此時(shí)，由于可以對(duì)金屬熔液直接傳熱，為了使效率更高，優(yōu)選使用浸漬加熱器。
另外，產(chǎn)生熱的燃料也不作限定，不論是液體、固體、氣體。使用任何燃料或任何熱源，都不是將常溫主原料例如合金料8直接熔煉，而是優(yōu)選如上所述利用廢熱進(jìn)行預(yù)熱，以便極力抑制熱損失而降低制造成本，因此較佳。
在攪拌室53、54中，分別具備攪拌裝置。在攪拌室53中，攪拌能提高投入的微量金屬料9的熔煉速度，從而能實(shí)現(xiàn)出熔液的熔液3的組成的早期穩(wěn)定。另外，在攪拌室54中，攪拌能加速將切屑卷入金屬熔液內(nèi)，一面防止氧化損失，一面能促進(jìn)切屑4的熔煉。
設(shè)置在攪拌室53、54中的攪拌裝置不作限定，但為了防止金屬熔液3的氧化，優(yōu)選用惰性氣體吹氣攪拌，或者如圖1所示，在攪拌室53、54的大致中心位置安裝例如有薄葉輪的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的攪拌器73、74進(jìn)行回轉(zhuǎn)攪拌?；蛘邇?yōu)選用電磁感應(yīng)等高速卷入機(jī)構(gòu)。
以下參照?qǐng)D5，對(duì)組成分析裝置進(jìn)行說明。
采用組成分析裝置20，能夠進(jìn)行配料熔煉后的金屬熔液3及由保溫室52放出的金屬熔液3的組成分析。為進(jìn)行質(zhì)量管理，優(yōu)選將組成分析裝置20配備在保溫室52以后和將金屬熔液送到下步工序前之間。例如，在保溫室52的出熔液口56之前對(duì)金屬熔液3取樣，求出構(gòu)成金屬的成分的比例，就可以監(jiān)視測(cè)定金屬熔液3是否有質(zhì)量問題。如果有問題就發(fā)出警報(bào)，停止放出金屬熔液3，進(jìn)而優(yōu)選的是，在成為問題前，向保溫室52內(nèi)僅投入必要量的作為主原料的純金屬料或微量金屬料，自動(dòng)再調(diào)節(jié)使其達(dá)到所希望的成分比例。
只要具備了組成分析裝置、進(jìn)行放出熔液3的質(zhì)量監(jiān)視，就不僅能將一定組成的合金料8和純金屬料1、12作為原料，而且易于將其它工廠產(chǎn)生的所謂廢金屬料6和無用料5等切屑料作為原料進(jìn)行再循環(huán)。不用說，此時(shí)應(yīng)優(yōu)選調(diào)查廢金屬料6和無用料5的發(fā)生源，以明確原來的材料種類，但假定即使未預(yù)想到的料混入，也能由組成分析裝置20防止金屬熔液3質(zhì)量變得不穩(wěn)定。作為組成分析裝置20，例如可以使用光譜分析裝置。
接著，說明包括本發(fā)明的金屬熔煉爐11的金屬制品制造工藝的一例。
圖4是表示用鑄造法的金屬制品制造工藝一例的方框流程圖，金屬熔煉爐11設(shè)置在制造工藝的最初階段。圖4所示的制造工藝41，除了金屬熔煉爐11之外，至少還具備保持金屬熔煉爐得到的金屬熔液3的溫度并進(jìn)行貯留的保溫爐13，用鑄造法將金屬熔液3進(jìn)行成型加工的鑄造裝置14，除去不構(gòu)成鑄造品制品的無用部分的剪切裝置18，和使制品的機(jī)械性能提高的熱處理裝置19。另外，優(yōu)選還具有確認(rèn)出廠前制品有無缺陷的檢查裝置21。
金屬熔煉爐11之后緊鄰保溫爐13，通常具備加熱器，對(duì)金屬熔液3進(jìn)行保溫，直到送給鑄造裝置14。
鑄造裝置14是將金屬熔液3注入鑄型，凝固后得到鑄造品的裝置。在鑄造裝置14中，由于盡早結(jié)束金屬熔液3的凝固能提高生產(chǎn)率，所以在鑄型中使用熱傳導(dǎo)率較高的材料。
所得到的鑄造品，一般在冷卻后用剪切裝置分離成預(yù)制品和無用料5。然后用熱處理裝置19對(duì)預(yù)制品施加熱處理，以謀求機(jī)械特性的提高，成為最終的金屬制品7。由剪切裝置18分離的無用料5返回金屬熔煉爐11，再作為原料利用。另外，最終的金屬制品7在檢查裝置21中發(fā)現(xiàn)有缺陷的，也作為廢金屬料6返回金屬熔煉爐11，再作為原料利用。雖未圖示但當(dāng)然的是，在剪切裝置18和檢查裝置21以外產(chǎn)生的無用料和廢金屬料，也可以由金屬熔煉爐11接收，再作為原料使用。
以下，舉例說明使用本發(fā)明金屬熔煉爐的、包括配料的種種熔煉方法。
使用圖5所示總體結(jié)構(gòu)的金屬熔煉爐11，制作例如其組成為含Si7質(zhì)量％，Mg0.4質(zhì)量％，Ti0.15質(zhì)量％的Al合金(相當(dāng)A356鋁合金)的鋁輪。其中，在金屬熔煉爐11的保溫室52中設(shè)液面計(jì)，能夠連續(xù)計(jì)測(cè)液面高度，至少能夠檢測(cè)到液面H(高位)和液面L(低位)。保溫室52深度方向的斷面形狀一定，液面面積是已知的。
此時(shí)，例如可供金屬熔煉爐11的4系統(tǒng)原料給料器操作的原料如下。
可投入定型料25的主原料給料器31，以A356合金錠、純Al金屬錠作為操作對(duì)象。可投入不定型料26的主原料給料器32，以鋁輪不合格品(廢金屬料6)作為操作對(duì)象。也可以操作無用料5或非錠A356合金、純Al金屬，但在本例中將其列作對(duì)象之外。另外，添加原料給料器33，以作為純金屬料12的微量金屬料9的純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊作為操作對(duì)象。切屑原料給料器34，以切屑4的A356合金切屑、純Si切屑、純Mg切屑、純Ti切屑作為操作對(duì)象。
以下說明第一種情況。
由主原料給料器31投入A356合金錠作為原料進(jìn)行熔煉。不用其它原料。與一般連續(xù)式熔煉爐同樣處理。
也可以不對(duì)出熔液量QOUt進(jìn)行管理。不取決于出熔液量QOut，在保溫室52中，一面將液面計(jì)結(jié)束計(jì)測(cè)液面H，一面將熔煉燒嘴71點(diǎn)火，開始A356合金錠的熔煉，一旦液面計(jì)檢知液面H，就停止熔煉燒嘴71。重復(fù)上述操作，熔化原料得到金屬熔液3，進(jìn)行放出熔液。
以下說明第二種情況。
由主原料給料器31投入A356合金錠作為原料進(jìn)行熔煉，由切屑原料給料器34投入A356合金切屑作為原料進(jìn)行熔煉。不用其它原料。按照情況第一種處理。
也可以不對(duì)出熔液量QOUt進(jìn)行管理。不取決于出熔液量QOut，在保溫室52中，一面將液面計(jì)結(jié)束計(jì)測(cè)液面H，一面將熔煉燒嘴71點(diǎn)火，開始A356合金錠的熔煉，一旦液面計(jì)檢知液面H，就停止熔煉燒嘴71。重復(fù)上述操作，熔化原料得到金屬熔液3，進(jìn)行放出熔液。另外，保溫室52的液面不滿液面H時(shí)，將A356合金切屑投入配備在保溫室52的攪拌室54中。A356合金切屑與已經(jīng)滯留在保溫室52中由保溫?zé)?2維持高溫的熔液3攪拌、混合、熔煉?？梢元?dú)立地實(shí)施A356合金錠的投入和A356合金切屑的投入。
以下說明第三種情況。
由主原料給料器31投入純Al金屬錠作為原料進(jìn)行熔煉，由添加原料給料器33投入純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊作為原料進(jìn)行熔煉，由切屑原料給料器34投入純Si金屬小塊作為原料進(jìn)行熔煉。不用其它原料。
必須管理出熔液量QOut以進(jìn)行配料。出熔液量QOut由液面面積S和液面高度H、L用以下(3)式求出。
QOUt＝S×(H-L)...... (3)在保溫室52中，液面計(jì)一旦檢知液面L，就將熔煉燒嘴71點(diǎn)火，開始純Al金屬錠的熔煉。接著，計(jì)量純Si金屬小塊，以如下(4)式所示的投入量QINSi投入保溫室52配備的攪拌室53中，進(jìn)行熔煉。其中含有比例PmSi＝7(質(zhì)量％)。
QINSi＝QOUt×PmSi/100...... (4)純Si金屬小塊與由保溫?zé)?2維持高溫的已經(jīng)處于保溫室52中的熔液攪拌、混合、熔煉。純Si金屬小塊的投入，優(yōu)選伴隨純Al金屬錠的熔煉配合金屬熔液面高度的上升分多次進(jìn)行。
并列進(jìn)行的是，分別計(jì)量純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊，以如下(5)、(6)式分別所示的投入量QINMg、QINTi投入保溫室52配備的攪拌室53中進(jìn)行熔煉。其中含有比例PmMg＝0.4(質(zhì)量％)、PmTi＝0.15(質(zhì)量％)。
QINMg＝QOUt×PmMg/100 ...... (5)QINTi＝QOUt×PmTi/100 ...... (6)純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊與由保溫?zé)?2維持高溫的已經(jīng)處于保溫室52中的熔液攪拌、混合、熔煉。純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊的投入，優(yōu)選伴隨純Al金屬錠的熔煉配合金屬熔液面高度的上升分多次進(jìn)行。
液面計(jì)一旦檢知液面H，就停止熔煉燒嘴71。重復(fù)此操作，使原料配料熔煉，得到金屬熔液3。用組成分析裝置20檢查得到的金屬熔液3的組成，如果沒有問題，則開始出熔液為好。如果有問題，適宜的做法是，發(fā)出警報(bào)，同時(shí)僅投入必要量的作為主原料的純Al金屬錠，或作為添加原料的純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊，進(jìn)行自動(dòng)再調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所希望的成分比例。
以下說明第四種情況。
由主原料給料器31投入純Al金屬錠作為原料進(jìn)行熔煉，由添加原料給料器33投入純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊作為原料進(jìn)行熔煉，由切屑原料給料器34投入A356合金切屑作為原料進(jìn)行熔煉。不用其它原料。
必須管理出熔液量QOut以進(jìn)行配料。出熔液量QOut由液面面積S和液面高度，用上述(3)式求出。
在保溫室52中，液面計(jì)一旦檢知液面L，就將熔煉燒嘴71點(diǎn)火，開始純Al金屬錠的熔煉。接著計(jì)量A356合金切屑，投入保溫室52配備的攪拌室53中，進(jìn)行熔煉。A356合金切屑與由保溫?zé)?2維持高溫的已經(jīng)處于保溫室52中的熔液攪拌、混合、熔煉。將A356合金切屑的投入量取為QINA。A356合金切屑的投入可以與純Al金屬錠的熔煉獨(dú)立進(jìn)行。若A356合金切屑的量超過出熔液量QOUt，則可采用下述對(duì)策，即，僅熔煉A356合金切屑使其與出熔液量QOUt相當(dāng)。
接著，由上述(1)式求出純Al金屬料的投入量QINl，然后分別計(jì)量純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊，以如下(7)、(8)、(9)式分別所示的投入量QINsi、QINMg、QINTi投入保溫室52配備的攪拌室53中進(jìn)行熔煉。
QINSi＝QINL×PmSi/100 ...... (7)QINMg＝QINl×PmMg/100 ...... (8)QINTi＝QINl×PmTi/100 ...... (9)純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊與由保溫?zé)?2維持高溫的已經(jīng)處于保溫室52中的熔液攪拌、混合、熔煉。純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊的投入，優(yōu)選伴隨純Al金屬錠、A356合金切屑的熔煉，配合金屬熔液面高度的上升分多次進(jìn)行。
液面計(jì)一旦檢知液面H，就停止熔煉燒嘴71。在液面為H的時(shí)刻，結(jié)束適合組成的配料，得到金屬熔液3。關(guān)于所得的金屬熔液3的組成分析和分析結(jié)果的對(duì)應(yīng)情況，按照第三種情況的內(nèi)容。
以下說明第五種情況。
由主原料給料器32投入Al輪不合格品作為原料進(jìn)行熔煉，由添加原料給料器33投入純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊作為原料進(jìn)行熔煉，由切屑原料給料器34投入純Al金屬切屑作為原料進(jìn)行熔煉。不用其它原料。
最好管理出熔液量QOut以進(jìn)行配料。出熔液量QOut由液面面積S和液面高度，用上述(3)式求出。
在保溫室52中，一面結(jié)束液面計(jì)計(jì)測(cè)液面H，一面將熔煉燒嘴71點(diǎn)火，開始Al輪不合格品的熔煉。接著計(jì)量純Al金屬切屑，投入保溫室52配備的攪拌室54中，進(jìn)行熔煉。將純Al金屬切屑的投入量取為QINl。純Al金屬切屑與由保溫?zé)?2維持高溫的已經(jīng)處于保溫室52中的熔液攪拌、混合、熔煉。純Al金屬切屑的投入可以與鋁輪不合格品的熔煉獨(dú)立進(jìn)行。若鋁輪不合格品的量超過出熔液量QOUt，則可采用使如下對(duì)策，即，僅熔煉鋁輪不合格品使其與出熔液量QOUt相當(dāng)。
接著，分別計(jì)量純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊，以上述(7)、(8)、(9)式分別所示的投入量QINSi、QINMg、QINTi投入保溫室52配備的攪拌室53中進(jìn)行熔煉。
純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊與由保溫?zé)?2維持高溫的已經(jīng)處于保溫室52中的熔液攪拌、混合、熔煉。純Al金屬切屑和純Si金屬小塊、純Mg金屬小塊、純Ti金屬小塊的投入，優(yōu)選分別分多次進(jìn)行。
液面計(jì)一旦檢知液面H，就停止熔煉燒嘴71。在液面為H的時(shí)刻，結(jié)束適合組成的配料，得到金屬熔液3。關(guān)于所得的金屬熔液3的組成分析和分析結(jié)果的對(duì)應(yīng)情況，按照第三種情況的內(nèi)容。
如上所述，在一臺(tái)金屬熔煉爐中，為了得到所希望的金屬熔液，可以單獨(dú)或同時(shí)實(shí)施將符合一定標(biāo)準(zhǔn)的合金料作為原料的一般熔煉，將一定的2種以上的純金屬料作為原料的配料熔煉，和將切屑作為原料的熔煉。當(dāng)然并不限定于上述情況第一～第五種情況。
以下對(duì)構(gòu)成本發(fā)明的設(shè)備的材料進(jìn)行說明。
金屬熔液的溫度，例如在將鋁系合金作為原料的場(chǎng)合，由于是保持在達(dá)720℃左右的高溫，所以要特別留意腐蝕性為好。
在與金屬熔液接觸的爐體內(nèi)面，優(yōu)選使用定型耐火材料或不定型耐火材料等。在金屬熔煉爐中設(shè)置的設(shè)備類例如燒嘴或攪拌器中，可以使用陶瓷或石墨等。在不直接接觸金屬熔液的原料給料器等中，可以使用鐵板，但優(yōu)選施加有耐熱性、耐蝕性的涂覆。
如以上說明的那樣，按照本發(fā)明的金屬熔煉爐和配料熔煉方法，除了能夠以與現(xiàn)有技術(shù)相同的標(biāo)準(zhǔn)料和回爐料作為原料進(jìn)行熔煉得到金屬熔液之外，還能夠用純金屬料作為原料進(jìn)行配料熔煉，得到所希望組成的熔液。另外，即使接收、利用與純金屬料或標(biāo)準(zhǔn)料相當(dāng)組成的切屑作為原料，也能得到所希望組成的金屬熔液。
因而顯現(xiàn)出以下優(yōu)良的效果一方面能夠削減原料費(fèi)，一方面能將質(zhì)量穩(wěn)定的金屬熔液供給后步工序的鑄造裝置、壓鑄裝置等成型加工裝置。
權(quán)利要求
1.一種金屬熔煉爐，它是熔煉合金料A得到金屬熔液A的連續(xù)式熔煉爐，其特征在于，具有能夠熔煉包括在由多種純金屬料構(gòu)成的純金屬料組Xn中的至少2種以上的純金屬料并得到上述金屬熔液的配料功能。
2.按照權(quán)利要求1所述的金屬熔煉爐，其特征在于，具有上述配料功能的裝置包括求出熔煉爐出熔液量QOUt的第1裝置，設(shè)定上述合金料A的投入量QINA進(jìn)行熔煉，得到金屬熔液YA的第2裝置，算出包括在上述純金屬料組Xn中的主原料的純金屬料X1的投入量QINl、在上述金屬熔液YA中熔煉，得到金屬熔液Y1的第3裝置，和算出包括在由上述純金屬料組Xn的構(gòu)成要素的至少1種以上的添加原料構(gòu)成的純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm、在金屬熔液Y1中熔煉、得到金屬熔液A的第4裝置。
3.按照權(quán)利要求2所述的金屬熔煉爐，其特征在于，上述第3裝置中的純金屬料X1的投入量QINl可以由下式表示。QINl＝QOut-QINA
4.按照權(quán)利要求3所述的金屬熔煉爐，其特征在于，上述第4裝置中的包括在純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm，在該純金屬料的含有比為Pm時(shí)，可以由下式表示。QINm＝QINl×Pm/100
5.按照權(quán)利要求1或2所述的金屬熔煉爐，其特征在于，具備包括在上述純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的熔煉的攪拌裝置。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的金屬熔煉爐，其特征在于，在上述合金料A和/或包括在上述純金屬料組Xn中的至少2種以上純金屬料中，包括切屑。
7.按照權(quán)利要求6所述的金屬熔煉爐，其特征在于，具備上述切屑的熔煉的攪拌裝置。
8.按照權(quán)利要求1所述的金屬熔煉爐，其特征在于，上述金屬熔液的主成分是由鋁、鋅、鎂中的任何一種構(gòu)成的輕金屬。
9.按照權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的金屬熔煉爐，其特征在于，上述金屬熔液A其主成分是鋁，含有硅4～24質(zhì)量％、鎂0.3～0.5質(zhì)量％、鈦0.05～0.25質(zhì)量％。
10.按照權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的金屬熔煉爐，其特征在于，具備上述金屬熔液A的組成分析裝置。
11.按照權(quán)利要求2～10中任一項(xiàng)所述的金屬熔煉爐，其特征在于，是具備能夠熔煉上述合金料A得到金屬熔液A及熔煉上述純金屬料X1得到金屬熔液Y1的熔煉室，能夠在金屬熔液Y1中熔煉包括在純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料得到上述金屬熔液A的保溫室，和能夠?qū)⑸鲜龊辖鹆螦及上述純金屬料X1裝入上述熔煉室的塔狀導(dǎo)入部的塔型熔煉爐，上述熔煉室和/或上述保溫室的廢熱，按照經(jīng)塔狀導(dǎo)入部排出那樣構(gòu)成，藉此能夠預(yù)熱上述合金料A或上述純金屬料X1。
12.按照權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的金屬熔煉爐，其特征在于，將與上述合金料大致同組成的回爐料作為原料使用，用以代替上述合金料A、或與上述合金料A并用。
13.按照權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的金屬熔煉爐，其特征在于，至少具備定型原料和不定型原料用的2種原料投入機(jī)。
14.一種配料熔煉方法，其特征在于，是能夠使用熔煉爐，熔煉合金料A和/或包括在由多種純金屬料構(gòu)成的純金屬料組Xn中的至少2種以上純金屬料、得到金屬熔液A的配料熔煉方法，包括求出熔煉爐出熔液量QOUt的第1工序，設(shè)定上述合金料A的投入量QINA進(jìn)行熔煉，得到金屬熔液YA的第2工序，算出包括在上述純金屬料組Xn中的主原料的純金屬料X1的投入量QINl、在金屬熔液YA中熔煉，得到金屬熔液Y1的第3工序，和算出包括在由上述純金屬料組Xn的構(gòu)成要素的至少1種以上的添加原料構(gòu)成的純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QInm，在金屬熔液Y1中熔煉得到金屬熔液A的第4工序。
15.按照權(quán)利要求14所述的配料熔煉方法，其特征在于，上述第3工序中的純金屬料X1的投入量QINl由下式QINl＝QOut-QINA表示。
16.按照權(quán)利要求15所述的配料熔煉方法，其特征在于，上述第4工序中的包括在純金屬料組Xm中的1種以上純金屬料的投入量QINm，在上述純金屬料的含有比為Pm時(shí)，由下式QINm＝QINl×Pm/100表示。
17.按照權(quán)利要求14～16中任一項(xiàng)所述的配料熔煉方法，其特征在于，在上述第4工序之后，包括進(jìn)行上述金屬熔液A的組成分析的第5工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于金屬熔煉、具備配料裝置的熔煉爐，及配料熔煉方法。該金屬熔煉爐，能夠熔煉合金料A得到金屬熔液A的連續(xù)式熔煉爐，具有能夠熔煉2種以上的純金屬料并得到金屬熔液A的配料功能。并提供一種配料熔煉方法，該方法能夠使用熔煉爐，熔煉合金料A和/或2種以上純金屬料、得到金屬熔液A的配料熔煉方法，包括求出熔煉爐出熔液量Q
文檔編號(hào)F27B17/00GK1409080SQ0213046
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月19日
發(fā)明者平岡隆, 杉岡真澄 申請(qǐng)人:旭技術(shù)株式會(huì)社