熔液保持炉的制作方法

本发明涉及对金属熔解而形成的熔液进行保持的熔液保持炉。

背景技术：

以往，专利文献1公开了保持铝熔液的熔液保持炉。该专利文献1中公开的熔液保持炉具有容纳熔液的炉体。在炉体的侧壁形成有贯通孔(管插入孔)，加热管经由该贯通孔插入熔液内。

另外，专利文献2公开了能够适用于熔液保持炉的另一加热管。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-170801号公报

专利文献2：日本专利第5371784号公报

这些专利文献1、2中公开的采用横浸渍型的加热管的熔液保持炉，通过自然对流加热熔液，因此具有如下等优点：不会过度地加热熔液，以及因此不同于表面加热型的熔液保持炉而能抑制熔液的氧化。

此外，在铝熔液保持炉的情况下，熔液温度被调整为比铝的熔解温度(摄氏660度)稍高的温度(例如，摄氏700度)。另一方面，铝的凝固温度为摄氏550度左右。因此，通过将加热管的基端部(位于炉壁的外侧的部分)的温度调整为摄氏550度以下，可防止铝熔液沿着填充于加热管周围的填充材料中产生的裂缝等向外部泄漏。

但是，当使加热管的基端部的温度过低，低于摄氏550度时，从加热管的基端部释放的热量增大，这在热效率的方面不优选。

而且，专利文献2的加热管，在被炉壁支撑的加热管的基端侧形成有从炉的外侧朝向内侧逐渐变细的锥形部。在采用该加热管的熔液保持炉的炉壁上，形成有对应形状的锥形贯通孔，加热管的锥形部像楔块似的嵌入炉壁的锥形贯通孔中。因此，填充于加热管与贯通孔之间的材料通过两者的楔入效果而被压实，可得到有效地防止熔液泄漏的效果。但是，专利文献2的锥形部件的直径从内侧朝向外侧逐渐增大，最外侧的端部的剖面的直径最大。因此，虽然在散热性的方面优良，但是由于过度散热因而在保温性的方面存在问题。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种适当地兼具散热性和保温性的新的熔液保持炉。

解决技术问题的方法

为了实现该目的，本发明的一实施方式所涉及的熔液保持炉，具备：

炉体(11)，其具有底壁(12)、顶壁和在所述底壁(12)与顶壁之间延伸的侧壁(13)，由所述底壁(12)和顶壁和侧壁(13)形成熔液容纳空间(18)，并且所述炉体(11)具有贯穿所述侧壁(13)或所述顶壁而形成的至少一个贯通插入孔(20)；

加热管(30)，其包括发热体(51)并且被插入所述贯通插入孔(20)中，

所述熔液保持炉(10)利用所述发热体(51)产生的热将所述熔液容纳空间(18)中容纳的金属熔液维持在规定温度，

所述贯通插入孔(20)从所述侧壁(13)或所述顶壁的内侧端部朝向外侧端部具有内侧圆筒部(21)和外侧圆筒部(22)，所述内侧圆筒部(21)在从所述内侧端部或其附近的起点(23)到所述内侧端部与所述外侧端部之间的中点(24)之间，并且具有从所述起点(23)到所述中点(24)逐渐增大的内径，所述外侧圆筒部(22)在从所述中点(24)到所述外侧端部或其附近的终点(25)之间，并且具有恒定内径，

所述加热管(30)具有远端侧圆筒部(35)和基端侧圆筒部(36)，所述远端侧圆筒部(35)与所述贯通插入孔(20)的内侧圆筒部(21)对应，并且具有从所述起点(23)到所述中点(24)逐渐增大的外径，所述基端侧圆筒部(36)与所述贯通插入孔(20)的外侧圆筒部(22)对应，并且具有比所述中点(24)处的所述远端侧圆筒部(35)的外径更小的恒定的外径，

所述加热管(30)以所述加热管(30)的远端侧圆筒部(35)位于所述贯通插入孔(20)的内侧圆筒部(21)中，且所述加热管(30)的基端侧圆筒部(36)位于所述贯通插入孔(20)的外侧圆筒部(22)中的状态，被插入并定位在所述贯通插入孔(20)中，

在所述加热管(30)的远端侧圆筒部(35)和所述贯通插入孔(20)的内侧圆筒部(21)之间填充有填充材料(60)。

根据本发明的另一实施方式，其特征在于，

所述加热管(30)在该加热管(30)的远端侧圆筒部(35)和基端侧圆筒部(36)之间形成有台阶部(37)，所述台阶部(37)由在径向上延伸的环状面形成，

在所述加热管(30)的基端侧圆筒部(36)和所述贯通插入孔(20)的外侧圆筒部(22)之间配置有管状部件(61，77)，

所述管状部件(61，77)压靠所述加热管(30)的台阶部(37)。

需要说明的是，所述管状部件(61，77)可以由导热性金属材料或绝热材料中的任一种构成。

根据本发明的又一实施方式，其特征在于，

在所述管状部件(61，77)的外侧配置有固定部件(62)，

所述固定部件(62)经由紧固器件(63，64)连接于所述炉壁(14)，

所述管状部件(61，77)被所述紧固器件(63，64)压靠在所述加热管(30)的台阶部(37)上。

本发明的又一实施方式，其特征在于，所述加热管(30)的所述远端侧圆筒部(35)和所述基端侧圆筒部(36)由一个部件构成。

本发明的又一实施方式，其特征在于，所述加热管(30)的所述远端侧圆筒部(35)和所述基端侧圆筒部(36)由不同的部件构成，所述远端侧圆筒部(35)与所述基端侧圆筒部(36)热连接。

本发明的又一实施方式，其特征在于，所述加热管(30)的所述远端侧圆筒部(35)的外径从所述起点(23)朝向所述中点(24)连续地增大。

本发明的又一实施方式，所述贯通插入孔(20)的所述内侧圆筒部(21)的内径从所述起点(23)朝向所述中点(24)不连续地增大。

本发明的又一实施方式，其特征在于，所述加热管(30)的所述远端侧圆筒部(35)的外径从所述起点(23)朝向所述中点(24)不连续地增大。

本发明的又一实施方式，其特征在于，所述贯通插入孔(20)的所述内侧圆筒部(21)的内径从所述起点(23)朝向所述中点(24)连续地增大。

发明的效果

通过具备如上结构的熔液保持炉(10)，虽然熔液的热沿着加热管(30)从其远端侧(炉内侧)向基端侧(炉外侧)移动，但是在远端侧圆筒部(35)与基端侧圆筒部(36)的边界剖面面积急剧缩小，因此越过该边界从远端侧圆筒部(35)向基端侧圆筒部(36)移动的热受到限制，基端侧圆筒部(36)的温度被控制得相当低。因此，即使有沿着加热管(30)的外周面从炉内向炉外传递的熔液，该熔液也会在中途凝固，不会流到炉外。另外，释放到炉外的热量显著减少。因此，可提供散热性和保温性优良的熔液保持炉。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的熔液保持炉的部分剖面图。

图2是在图1示出的熔液保持炉中使用的加热管的剖面图。

图3是另一实施方式所涉及的熔液保持炉的部分剖面图。

图4是另一实施方式所涉及的加热器保护管的部分剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式所涉及的熔液保持炉。需要说明的是，在熔液保持炉的说明中，对于位于炉的内侧和外侧的部位，分别使用“内侧”、“外侧”的表达方式。另外，在贯穿并插入熔液保持炉的炉壁的加热管的说明中，对于位于炉的内侧和外侧的部位，分别使用“远端”、“基端”的表达方式。

图1是示出保持铝等的金属熔液的熔液保持炉10的一部分的剖面图。图示的熔液保持炉10的炉体11，与一般的熔液保持炉相同，由底壁12和从底壁12的周端开始沿铅垂方向延伸的周壁(或侧壁)13构成。底壁12和侧壁13，大致上从外侧朝向内侧依次具备：铁制成的外壁(炉壳)14、绝热层15、支撑层16、耐火层17，在耐火层17的内侧形成熔液容纳空间18。

如图2所示，熔液保持炉10的侧壁13在底壁12的附近形成有用于安装下文的加热管的、朝向水平方向的多个管插入用贯通孔(以下，称作“管插入孔”。)20。如图所示，管插入孔20具有内侧圆筒部(锥形圆筒部)21和外侧圆筒部(非锥形圆筒部)22。内侧圆筒部21从标记23表示的起点(最内端)延伸到标记24表示的中点，且由从外侧朝向内侧逐渐变细的圆筒状的锥形面形成。外侧圆筒部22从中点24延伸到标记25表示的终点(最外端)，且由具有与内侧圆筒部21的最外端的内径相同的恒定的内径的圆筒面形成。

在管插入孔20的周围，炉体11的内外方向上，耐火层17较厚，绝热层15较薄，内侧圆筒部21形成于耐火层17，外侧圆筒部22形成于支撑层16和绝热层15。

加热管30具有加热器保护管31。加热器保护管31例如由氮化硅系的陶瓷形成，具有略圆筒状，其突出到熔液容纳空间18中的远端部32闭合，从侧壁13向外侧突出的基端部33敞开。

加热器保护管31的内表面，由从基端部33到远端部32具有恒定的直径的圆筒面形成。如图所示在加热器保护管31插入管插入孔20的状态下，加热器保护管31的外表面的位于熔液容纳空间18中的区域由具有恒定的直径的圆筒面34形成，另外，与耐火层17相邻的区域形成锥形圆筒面(以下，称作“远端侧圆筒部”。)35，进一步，与绝热层15相邻的区域形成具有恒定的直径的非锥形圆筒面(以下，称作“基端侧圆筒部”。)36。另外，远端侧圆筒部35的锥角与管插入孔20的内侧圆筒部21的锥角相同。如图所示，加热器保护管31的基端侧圆筒部36具有比管插入孔20的外侧圆筒部22更小的直径，在与中点24对应的位置，从基端侧圆筒部36的远端朝向远端侧圆筒部35的基端形成有台阶部37，该台阶部37由在径向上延伸的环状面形成。

加热器保护管31的基端侧开口被盖体40闭塞。在盖体40上，沿加热器保护管31的中心轴41和相对于该中心轴41在径向上平行地偏移的偏移轴42形成有第一电极插入孔43和第二电极插入孔44，2个电极棒(端子)45、46经由这些第一和第二电极插入孔43、44插入加热器保护管31的内侧。

如图所示，配置在中心轴41上的第一电极棒45贯穿盖体40延伸到加热器保护管31的远端附近，配置在偏移轴42上的第二电极棒46贯穿盖体40延伸到加热器保护管31的远端侧圆筒部35的远端(起点23)附近。另一方面，第一电极棒45和第二电极棒46的基端突出到盖体40的外侧。

在位于熔液容纳空间18中的第一电极棒45的远端侧部分，在轴方向上隔开规定的间隔固定2个环状或筒状的绝缘性的耐热支撑部件47、48，由此，将第一电极棒45保持在中心轴41或其附近。另外，基端侧的耐热支撑部件48支撑第二电极棒46的远端。耐热支撑部件47、48在中心轴41的周围对安装在第一电极棒45之外的中空的绝缘性耐热圆筒体49进行支撑。在耐热圆筒体49的外周面形成有螺旋状的槽50，在该槽50中嵌入发热体(电加热器)51。发热体51的两端与第一和第二电极棒45、46电连接。

如图所示，在位于基端侧的盖体40和基端侧耐热支撑部件48之间的加热器保护管31的内侧，优选配置绝热材料52。

如图所示，第一电极棒45由中空圆筒管构成，其内侧可以容纳热电偶53。

将如此构成的加热管30中没有插入电极棒、绝热材料等的状态下的加热器保护管31，从外侧插入形成于侧壁13的管插入孔20中。在插入加热器保护管31之前，在管插入孔20的锥形面(内侧圆筒部21)和与该锥形面接触的加热管30的远端侧圆筒面35中的一者或两者上，涂抹水泥浆或灰砂水泥的填充材料60。然后，将加热器保护管31插入管插入孔20。此时，加热器保护管31的锥形面(远端侧圆筒部)35嵌合于管插入孔20的锥形面(内侧圆筒部)21，以正确并且位置不可能偏移的方式固定。另外，加热器保护管31的锥形面(远端侧圆筒部)35像楔块似的嵌合于管插入孔20的锥形面(内侧圆筒部)21，因此夹在两个锥形面之间的填充材料60均匀地延展，在加热器保护管31的周围形成恒定厚度的填充剂层。

在加热管30的基端侧圆筒部36上同心地外装管状部件61。在本实施方式中，管状部件61是由导热性材料(例如，不锈钢等金属)形成的圆筒体，其远端接触台阶部37。因此，在本实施方式中，管状部件61作为散热部件发挥作用。可以在将加热器保护管31插入管插入孔20之前，将管状部件61安装在该加热器保护管31的基端侧圆筒部36之外，也可以在将加热器保护管31插入管插入孔20后，将管状部件61外装于该加热器保护管31的基端侧圆筒部36上。在任一种情况下，在管插入孔20的外侧圆筒部22与管状部件61之间形成的环状间隙中，以及加热管30的基端侧圆筒部36与管状部件61的环状间隙中，均填充水泥浆或灰砂水泥等填充材料60。

在管状部件61的基端固定有环状的固定部件62。管状部件61和固定部件62可以是相互独立的部件，也可以连接两者并一体化。固定部件62和面向其的外壁14通过合适的紧固器件(紧固件)以能够拧紧的方式相连。紧固器件例如具有：在外壁14和固定部件62上沿圆周方向隔开恒定的间隔而形成的螺栓通孔(未图示)，插入这些螺栓通孔中的螺栓63，以及安装在螺栓63之外的螺母64。根据该方式，通过拧紧螺母64，从而使管状部件61的远端压靠加热器保护管31的台阶部37，将加热器保护管31牢固地固定在管插入孔20内。

接着，将组合电极棒45、46、耐热支撑部件47、48、绝缘性耐热圆筒体49、发热体51、绝热材料52、热电偶53以及盖体40而形成的组件插入加热器保护管31的内部。

最后，在固定部件62的外侧，在以中心轴41为中心的圆周方向上隔开恒定的间隔地配置金属栓(弯曲部件)68，将螺栓69穿过这些在固定部件62上形成的螺孔(未图示)和在金属栓68上形成的孔(未图示)，拧紧螺母70，将盖体40固定于固定部件62以及炉体11。

另外，第一和第二电极棒45、46的基端分别与电源相连。

如图所示，在电极棒45、46、盖体40、固定部件62等的周围，优选将具有开闭盖73的筒状框架74固定于外壁14，防止这些电极棒45、46等露出。

根据具备以上的结构的熔液保持炉10，发热体51通过电极棒45、46供应的电力而发热，通过该热将熔液保持炉10内的金属熔液维持在规定的溶融温度。

可知在从发热体51向加热器保护管31传递的热，或者，从溶融金属传递的热的作用下，填充于加热器保护管31的周围的填充材料60随时间经过会产生裂缝，金属熔液沿着该裂缝从内侧向外侧外侧流出。但是，根据本发明，对于填充于加热器保护管31的远端侧圆筒部(锥形面)35和管插入孔20的内侧圆筒部(锥形面)21之间的填充材料60，通过从外侧向内侧施加的按压力(通过拧紧螺栓63而产生的管状部件61作用于加热器保护管31的台阶部37的力)来使填充材料60均匀地填充，因此能够将裂缝的产生控制在最小限度，即使产生裂缝其尺寸也非常小。另外，虽然熔液的热经过加热器保护管31从其远端向基端移动，但是加热器保护管31的末端侧是由剖面缩小的基端侧圆筒部36形成的，因此从加热器保护管31的远端侧圆筒部35向基端侧圆筒部36传递的热在两者的边界处急剧减少，到达加热器保护管31的基端侧圆筒部36的基端的热相当少，其结果是，向外部释放的热量很少。

在本实施方式中，到达远端侧圆筒部35的热，通过与其连着的基端侧圆筒部36以及与远端侧圆筒部35的基端台阶部37接触的管状部件61向外侧传递进行散热。因此，在本实施方式中，考虑散热性和绝热性，例如在铝熔液炉的情况下，确定加热器保护管31的远端侧圆筒部35和基端侧圆筒部36的剖面以及管状部件61的剖面，并且确定基端侧圆筒部36与管状部件61的剖面面积比(即，散热性)，以使台阶部37的温度为约摄氏550度。

本发明并不限于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如，虽然在上述的实施方式中，在加热器保护管31的基端侧圆筒部36的周围设置作为散热部件的管状部件61，经由该管状部件61将一部分的热释放到外部，但是如图3所示，加热器保护管31的基端侧圆筒部36的周围也可以被绝热材料形成的管状部件(绝热部件)77覆盖。在该实施方式中，管状部件77的基端侧配置有固定部件62，通过上述的紧固器件，经由固定部件62将管状部件77压靠在加热器保护管31的台阶部37上。

需要说明的是，金属制成的管状部件61与周围的绝热层15、支撑层16相比热膨胀率更大，因此随着温度的上升与周围的部件相比管状部件61在轴方向上延伸更多，并且更强力地按压台阶部37，能够有效地防止熔液的泄漏。另外，即使开始使用熔液保持炉后，也能够通过改变管状部件61的材质、形状，进行熔液保持炉的散热性和保温性的调整。

在本实施方式的情况下，优选与上述的实施方式的情况相比基端侧圆筒部36的厚度增大，以确保适当的散热性。在此情况下，如上所述，优选确定加热器保护管31的远端侧圆筒部35和基端侧圆筒部36的剖面，以使台阶部37的温度为约摄氏550度。

另外，虽然在上述2个实施方式中任一者的情况下，加热器保护管31的基端侧圆筒部36均具有恒定的外径，但是也可以采用其直径从内侧向外侧或者从外侧向内侧逐渐缩小的锥形状圆筒部。

进一步，如图4所示，加热器保护管31的远端侧圆筒部35的锥形面，可以由交替地配置锥形圆筒面81a～81d和非锥形圆筒面82a～82c的伪锥形面来形成。在此情况下，优选通过使非锥形圆筒面82a～82c的外径比与其基端侧相邻而形成的锥形圆筒面81b～81d的远端侧外径更小，从而在非锥形圆筒面82a～82c与锥形圆筒面81b～81d边界形成环状台阶部83a～83c。可以通过同样的方法，在锥形圆筒面和与其基端侧相邻的非锥形圆筒面之间形成环状台阶部。通过采用此类结构，对于加热器保护管31的远端侧圆筒部35和面向其的管插入孔20的内侧圆筒部21之间的填充材料60，在轴方向上进行施压的力变强，因此能够使填充材料更加均匀地填充，能够可靠地防止充填不良。另外，在以锥形面形成加热器保护管31的远端侧圆筒部的另一方面，也可以使管插入孔20的内侧圆筒部形成为形状与上述伪锥形面对应的伪锥形面。

另外，虽然在上述的实施方式中，加热器保护管31的远端侧圆筒部35与加热器保护管31一体地形成，但是也可以采用在具有恒定的外径的管的外侧安装固定相同或不同材料的锥形圆筒管的结构。

进一步，虽然在上述的实施方式中，加热器保护管31的基端侧圆筒部36与远端侧圆筒部35一体地形成，但是也可以用由相同或不同的材料形成的圆筒体来形成基端侧圆筒部36，并使远端侧圆筒体与基端侧圆筒体热连接。

还进一步，在上述的所有的实施方式中，在加热器保护管31的远端侧圆筒部35和基端侧圆筒部36的两者或其中一者的外周面上，也可以形成环状或螺旋状的凹部(槽)或凸部(突起)。这些凹部或凸部，在圆周方向上可以连续，也可以不连续。

虽然在以上的说明中，在侧壁13上形成贯通插入孔20，但是也可以在顶壁上形成贯通插入孔，并在与顶壁垂直的方向上插入加热管(加热器保护管)。本发明的技术范围中也包括具有此类垂直型加热管的熔液保持炉。

附图标记说明

10：熔液保持炉

11：炉体

12：底壁

13：侧壁

14：外壁(炉壳)

15：绝热层

16：支撑层

17：耐火层

18：熔液容纳空间

20：管插入孔

21：内侧圆筒部(锥形面)

22：外侧圆筒部(圆筒面)

23：起点

24：中点

25：终点

30：加热管

31：加热器保护管

32：远端部

33：基端部

34：圆筒面

35：远端侧圆筒部(锥形面)

36：基端侧圆筒部(圆筒面)

37：台阶部

40：盖体

41：中心轴

42：轴(偏移轴)

43：第一电极插入孔

44：第二电极插入孔

45：第一电极棒

46：第二电极棒

47、48：耐热支撑部件

49：绝缘性耐热圆筒体

50：槽

51：发热体(加热器)

52：绝热材料

53：热电偶

60：填充材料

61：管状部件(散热材料)

62：固定部件

63：螺栓

64：螺母

68：金属栓

69：螺栓

70：螺母

73：开闭盖

74：框架

77：管状部件(绝热材料)

80：伪锥形面

81：锥形圆筒面

82：非锥形圆筒面