JP2000130948A - アルミニウムインゴット等の溶解保持炉 - Google Patents
アルミニウムインゴット等の溶解保持炉Info
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Abstract
インゴット等の溶解保持炉を提供する。 【解決手段】アルミニウムインゴット等の予熱タワー
と、該予熱タワー直下に設置された状態で、該予熱タワ
ーからアルミニウムインゴット等の供給を受ける溶解用
坩堝炉と、該溶解用坩堝炉に並置された状態で該坩堝炉
から溶湯の連続供給を受ける保持用坩堝炉とを備え、少
なくとも溶解用坩堝炉で使用された後の燃焼排ガスを予
熱タワー内に上記インゴット等との熱交換用に上昇気流
として供給できる構成になっていることを特徴とする。
Description
等の溶解保持炉、詳しくはアルミニウムインゴット等を
予熱する予熱タワーと、アルミニウムインゴット等の溶
解用と保持用の二つの坩堝炉を構成要素として含む溶解
保持炉に関する。本明細書において、‘アルミニウムイ
ンゴット等’とは、アルミニウムインゴット(アルミニ
ウムの鋳塊)に加えアルミニウムリターン材(アルミニ
ウム空き缶、その他アルミニウム廃材)をプレス加工等
により上記インゴットと略々同形状に固めたもの等を含
む意味で用いられている。
保持には、集中溶解炉からアルミニウム溶湯を電気等で
加熱の保持専用の手許炉へ取鍋等で運搬し配湯する形式
のもの、溶湯容器の部分を耐火煉瓦で築造した溶解室お
よび保持室を具備する溶解保持兼用の手許炉、その他黒
鉛坩堝炉などが使用されている。
1個の黒鉛坩堝を据置し、該黒鉛坩堝を加熱バーナーに
より加熱する構造になっている。黒鉛坩堝へのインゴッ
ト等のチャージにあたっては、坩堝上部から材料を直接
投入している。投入には、坩堝側壁に斜めにインゴット
等が当たると熱膨張によって坩堝を押し割る恐れがある
ことから、坩堝内にインゴット等を装入する場合には、
インゴット等を縦方向に並べて投入するようにしてい
る。
アルミニウムの溶解では、インゴット等を坩堝の開口部
から直接投入する方法をとっているから、溶湯には投入
直後、温度降下が生じ、インゴット等がすべて溶融し終
わった時点から溶湯温度は上昇し始める。そして所定の
温度に達したとき汲出しをし鋳造を行う。汲出しによっ
て溶湯量が減少すると再びインゴット等を補給する。こ
のように、坩堝炉は溶解作業と溶湯の取出し作業とを交
互に繰返すバッチ処理となるため、溶湯供給量が一定し
ないこと、溶湯温度の調節が必要であるため少量の材料
を投入しなければならないこと等の問題がある。また、
インゴット等の材料は予熱なしに冷材の状態で溶湯に補
給されるので、溶湯の温度の変動が大きくなる。
量を確保する必要があり、材料が多様化してきたアルミ
材料の溶解には使用し難いこと、配湯工程において溶湯
温度低下が避けられず低下分を見込み出湯温度を高くす
る必要がある等、少量多種生産には適さない。また集中
溶解炉のメンテナンスを行うさい、溶湯の確保ができず
生産調整が困難となる等の間題がある。
器からなる溶解保持兼用炉では、溶湯に加熱バーナーの
火炎を直接当てて加熱するので、酸化物の発生や水素ガ
スの吸収等、溶湯汚染の問題があり、鋳造品質に影響す
るとともに、炉壁の蓄熱量が大きく省エネが困難な上、
炉壁れんがの定期的な解体張り替え等のメンテナンスに
要する費用および期間が必要であるという問題がある。
湯の連続溶解と省エネが可能なアルミニウムインゴット
等の溶解保持炉を提供することを目的としている。
インゴット等の予熱タワーと、該予熱タワー直下に設置
された状態で、該予熱タワーからアルミニウムインゴッ
ト等の供給を受ける溶解用坩堝炉と、該溶解用坩堝炉に
並置された状態で該坩堝炉から溶湯の連続供給を受ける
保持用坩堝炉とを備え、少なくとも溶解用坩堝炉で使用
された後の燃焼排ガスを予熱タワー内に上記インゴット
等との熱交換用に上昇気流として供給できる構成になっ
ていることを特徴とするアルミニウムインゴット等の溶
解保持炉に係る。
図面に基づき説明する。図1に本発明溶解保持炉Aの全
体が概略的に示され、該溶解保持炉Aは、アルミニウム
インゴット等aの予熱タワー1と、該予熱タワー1の直
下に設置された溶解用坩堝炉2と、該坩堝炉2に並置し
た保持用坩堝炉3とを主構成要素として備えてる。
4内に第1坩堝台5を介し設置された溶解用坩堝6を備
え、該坩堝6の周囲には、第1炉本体4との間に第1周
隙7が形成され、該周隙7は上記炉本体4の側壁下部に
設置の燃焼ガス供給部(図示せず)から供給される燃焼
ガスの上昇通路となる。
内8に第2坩堝台9を介し設置された保持用坩堝10と
を備え、該坩堝10の周囲には、第2周隙11が形成さ
れ、該周隙11は第2炉本体8の側壁下部に設置の燃焼
ガス供給部(図示せず)から供給される燃焼ガスの上昇
通路となり、その上端側は黒鉛坩堝10の押さえ蓋12
により閉じられ、外気から遮断されている。溶解用及び
保持用坩堝6,10としては、黒鉛坩堝が適当である。
坩堝台5,9は坩堝6,10の底部からの加熱を可能に
するために、筒状にして側部に燃焼ガスの流通口5a,
9aを備えていることが好ましい。
系の断熱材で内張りが施されており、その境界部の側壁
は共用され、共用側壁13に、第1と第2の周隙7,1
1を連通させるための連通部14が形成されている。
続するように押さえ蓋12の共用側壁13側に形成され
た出口開口14aと、該出口開口14aの上方を覆うよ
うに共用側壁13に備えられた排気フード14bと、該
フード14b内に開口するように共用側壁13に形成さ
れた入り口開口14cとを備え、出口開口14aから上
方へ流出する、第2周隙11からの燃焼排ガスを排気フ
ード14bにより集めながら入り口開口14Cを通じ第
1周隙7内に流入させることができる構成になってい
る。
坩堝6の胴部に設けた溢流タイプの排出口15並びに該
排出口15に接続する、例えば樋形の移送部16を介し
接続され、溶湯17を前者坩堝6内から排出口15を溢
流させながら移送部16を経て後者坩堝10内に連続的
に移送できる構成になっている。溶湯17の連続的移送
は、坩堝6,10内の液面のヘッド差を利用して行われ
る。溶解用坩堝6の胴部に対する排出口15の形成位置
は、該坩堝6内に常時滞留させる溶湯17の液量ひいて
は液面高さを考慮し、選択決定すればよい。
14c内を通り保持用坩堝10の液面上方位置まで延出
し、その上方側は、排気フード14bにより覆われてい
る。移送部16は連通部14内を流通する燃焼排ガス中
に晒され、燃焼排ガスによる加熱を受け、移送中に於け
る溶湯の温度降下を防止できる構成になっている。
り温度調節室19と汲み出し室20とに仕切られ、両室
19,20は仕切り部18の下方で連絡口21により連
通し、温度調節室19において溶解坩堝6からの溶湯1
7を受け取る構成になっている。
ガスによる加熱を受け、使用温度まで上昇せられ、また
該室19内で各種の溶湯処理や酸化物等の不純物の沈静
化が図られる。
れることがあり、漏出溶湯を炉外に排出するために、例
えば共用側壁13の下端部と第2炉本体8の側壁下端部
とに、ドレン排出口22,23が形成されている。
形を呈していて、上端には筒形の予熱タワー1が2段重
ね状態且つ同心状に設置され、該タワー1の下端は溶解
用坩堝6の上端上方で、該坩堝6内に向けて開口し、該
タワー1を通じアルミニウムインゴット等aを坩堝6内
に投入できる構成になっている。
熱タワー1内に、溶解用坩堝6の上端と予熱タワー1の
下端との間の環状空隙24を介し連通され、燃焼排ガス
を予熱タワー1内に予熱源として供給できる構成になっ
ている。
ット等aの投入口25,26があり、該投入口25,2
6にはそれぞれ開閉蓋27,28が備えられ、上端の開
閉蓋28には、燃焼排ガスの排気口29が設けられてい
る。排出口29の形成は、燃焼排ガスをドラフト効果に
より周隙7内から環状空隙24を経て予熱タワー1内に
上昇気流として導くために必要である。開閉蓋25,2
6の開閉は駆動装置を備えた自動開閉機構(図示せず)
により行うことができる。
湯汲み出し等を行うために予熱タワー1は、図1に示す
2段重ねの位置より適宜移動させることができる構成に
なっている。予熱タワー1の全重量は台車30により支
えられ、該台車30は第1炉本体4に支持固定されたガ
イドレール31上を走行可能であり、該レール31上で
の台車30の走行により、予熱タワー1を第1炉本体4
との2段重ねの第1位置から2段重ねが解かれる第2位
置、即ち第1炉本体4の上端開口を完全にフリーと成し
得る位置まで、スライド変位させることができる構成に
なっている。台車30を第1位置と第2位置とでそれぞ
れ停止させるために、各種の位置規制手段を採用するこ
とができる。
況を示し、第1炉本体4の底部からその内部に供給され
た燃焼ガスは溶解用坩堝6を加熱しつつ第1周隙7内を
上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは第1周隙7
上端からこれに連通する環状空隙24を経て予熱タワー
1内に入り、予熱タワー1内のインゴット等aと熱交換
し予熱源として有効利用された後に、上端開閉蓋28の
排気口29を経て炉外に排出される。炉外排出の燃焼排
ガスの温度はインゴット等aとの熱交換により、例えば
375℃以下に低下する。この燃焼排ガスの温度低下
は、作業環境の改善につながる。
供給された燃焼ガスは保持用坩堝10を加熱しつつ第2
周隙内を上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは第
2周隙11の上端部からこれに連通する連通部14を経
て第1周隙7内に入り先の燃焼排ガスと合流し、この燃
焼排ガスもまた予熱タワー1内のインゴット等aの予熱
源として有効利用される。また上記燃焼排ガスは連通部
14の通過中に移送部16ひいては移送途中の溶湯を加
熱し、該溶湯の温度降下を防止するための加熱源として
も有効利用される。
7内に浸漬されている下端部のものから順に溶解されて
行く。インゴット等aは燃焼排ガスとの熱交換により予
熱されているので、冷材を直接溶湯17内浸漬し溶解す
る場合に比べ溶湯の温度変化を小さくできる。またイン
ゴット等aは溶解が進むにつれて自重降下し溶湯内に浸
漬して行くので、溶湯内にはインゴット等aの一部が固
体アルミとして常に存在する。燃焼ガスの熱の一部は固
体アルミの融解熱(64.8cal/kg)として消費
されるので、溶湯17の温度はアルミの融点近傍、例え
ば650℃付近の温度に略々一定に保持される。
等aの溶解量に見合う量がヘッド差によって排出口15
を溢流しつつ移送部16を経て保持用坩堝10の温度調
節室19内に連続的に移送されて行き、連続的配湯が可
能になる。また溢流による連続的配湯であるので溶解用
坩堝6内は、常に一定量の溶湯17で満たされる。
した溶湯17は燃焼ガスの加熱によりアルミの融点近傍
の温度から使用に必要な温度まで加熱上昇され、また温
度調節室19内で各種溶湯処理や酸化物等の沈静化が図
られる。温度調節室19内の溶湯17は仕切り18の下
端の連絡口21を通じ汲み出し室20内に流入し、汲み
出し使用に備える。
に予熱タワー1をとりつけたことであり、これによりイ
ンゴット等aは予熱タワー1の中で坩堝炉から生じる高
温の燃焼排気ガスと熱交換されて高温になり省エネ効果
が促進される。従来、排熱利用については、前記の各種
溶解炉においては以前から採用されていたのであるが、
坩堝炉においては、種々の理由から採用されないでい
た。坩堝炉に熱交換器が取付けられなかった理由のひと
つに、バッチ処理によって溶湯を坩堝開口部から汲出し
をする坩堝炉の構造上および作業上にあったものと考え
られる。坩堝炉では、坩堝を加熱する高温の燃焼排気ガ
スは炉壁と坩堝開口部の隙間から大気にそのまま排出さ
せている。開口部に蓋をして溶解する場合では、炉壁に
脱気口を設け煙突等をとおして、高温の燃焼排気ガスを
利用しないまま排出させている。
は、予熱タワー1と、溶解用および保持用の2つに分け
た坩堝炉2,3からなる構造をもち、かつ溶解用坩堝炉
2から保持用坩堝炉3内への配湯を連続的に行い溶湯の
汲出しを保持用堝炉側から行う構成になっているので、
予熱タワー1を溶解用坩堝炉2の上端開口部の上方に置
くことができ、溶解用坩堝炉2内で発生する燃焼排ガス
を予熱タワー1での予熱用に利用することが可能にな
る。保持用坩堝炉3内で発生する燃焼排ガスを溶解用坩
堝炉内に送入できる構成にすることによって、両坩堝炉
2,3内で発生する燃焼排ガスの略々全量を予熱タワー
1での予熱用に有効利用できる。
溶湯17内に常時浸漬され、燃焼ガスの熱が浸漬固形ア
ルミの熱融解に消費される構成になっているので、燃焼
ガスによる加熱によっても溶湯17の温度は殆ど左右さ
れず、変動するのは溶融量のみである。従って保持炉側
への配湯を止めようとするときは、加熱を停止すれば直
ちに流入が止まり、溶湯の生産量の制御が極めて容易で
ある。
組込みによりリサイクルされずに廃棄される場合があ
る。このようなアルミと鉄が複合したリターン材におい
ては、この発明の炉で溶解すれぱ、先に述べたように低
温溶解であるため溶湯アルミ中に鉄分が溶け込みにく
く、例えば鉄部品は溶解することなく溶解用坩堝6の底
部に沈降するので、鉄の分離が容易になる。
7で満たされることに加え溶湯17の温度が低い(約6
50℃)ので、、坩堝の耐久性にとって好条件であり溶
解用坩堝6の寿命を延長でき、特に坩堝6として高熱伝
導性の黒鉛坩堝を用いる場合に好適である。
いのでセラミックファイバー系断熱材による内張りを施
すことが可能になる。セラミック系断熱材は軽量材のた
め蓄熱量が少なく、炉壁からの放熱量が小さくなり省エ
ネとなる。
果が得られる。
アルミニウム(合金を含む)に鉄部品が組込まれている
場合のごとく、アルミ以外の金属が複合的に含まれる場
合の溶解に適用できる。
である。
ける低温溶解によって、オバケ(酸化アルミニウム)等
の酸化物の減少、水素ガスの吸収の減少等品質のよい溶
湯が得られること、保持用坩堝炉における温度調節が容
易であること、坩堝の耐久性にとって好条件により寿命
の延長が図れる等種々の利点がある。
り、また、炉容量に比して溶解能力が高く、軽量でコン
パクトである。
解に適する。
ントロールは燃焼ガスのみで調整できるので生産調整が
簡単である。
ある。坩堝の交換のみでメンテナンスはきわめて容易に
低コストで行える。
作業環境が改善される。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】アルミニウムインゴット等の予熱タワー
と、該予熱タワー直下に設置された状態で、該予熱タワ
ーからアルミニウムインゴット等の供給を受ける溶解用
坩堝炉と、該溶解用坩堝炉に並置された状態で該坩堝炉
から溶湯の連続供給を受ける保持用坩堝炉とを備え、少
なくとも溶解用坩堝炉で使用された後の燃焼排ガスを予
熱タワー内に上記インゴット等との熱交換用に上昇気流
として供給できる構成になっていることを特徴とするア
ルミニウムインゴット等の溶解保持炉。 - 【請求項2】予熱タワーは上部および/または胴部にア
ルミニウムインゴット等の投入口を具備し、該投入口に
は開閉蓋が備えられ、少なくとも1つの開閉蓋には燃焼
排ガスの排気口が設けられていることを特徴とする請求
項1記載の溶解保持炉。 - 【請求項3】溶解用坩堝炉の炉壁と保持用坩堝炉の炉壁
とに、セラミックスファイバ系断熱材からなる内張りが
施されていることを特徴とする請求項1又は2記載の溶
解保持炉。 - 【請求項4】保持用坩堝炉内の燃焼排ガスを溶解用坩堝
炉内の燃焼排ガスに合流させながら予熱タワー内に予熱
源として供給できる構成になっ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溶解保持炉。 - 【請求項5】溶解用坩堝炉は坩堝台により支承された溶
解用黒鉛坩堝を、また保持用坩堝炉は坩堝台に支承され
た保持用黒鉛坩堝を備えていることを特徴とする請求項
1〜4のいずれかに記載の溶解保持炉。 - 【請求項6】坩堝台が筒状で坩堝台内を燃焼ガスが流通
できる構成になっていることを特徴とする請求項5記載
の溶解保持炉。 - 【請求項7】予熱タワーは、溶解用坩堝炉上に2段重ね
に設置された第1位置と、2段重ねの設置位置から横方
向にスライド移動された第2位置とを選択的に取ること
がで、第2位置に於いては、溶解用坩堝炉の上端開口を
残湯くみ出し及び坩堝取り替え等の作業口として開放で
きるきる構成になっ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溶解保持炉。
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