JP2005214555A - 坩堝式溶解保持炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換後の排ガスの感知温度を高温に設定しなくても、被溶解材のオーバージャージを防ぐことができ、排ガスを有効に利用できる坩堝式溶解保持炉を提供する。
【解決手段】 被溶解材を予熱するための予熱タワーと、前記予熱タワーの下方に設置され、前記予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝と、前記溶解用坩堝を収容する溶解用坩堝室と、前記溶解用坩堝を加熱する溶解用加熱手段と、前記溶解用坩堝から溶湯の供給を受ける保持用坩堝と、前記保持用坩堝を収容する保持用坩堝室と、前記保持用坩堝を加熱する保持用加熱手段と、を備えた溶解保持炉において、前記保持用加熱手段により生じる高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被溶解材を投入し予熱する予熱タワーと、坩堝を用いた坩堝式の溶解用坩堝室と保持用坩堝室を構成要素として含む連続溶解型の坩堝式溶解保持炉に関する。本明細書において、被溶解材とは、アルミニウム、亜鉛、銅合金等の非鉄金属インゴットを初め、それらのリターン材、切粉、空缶、スクラップ材やそれらをプレス加工等により押し固めたもの、もしくは、鉄、ゴム、プラスチック等の部品が付いた非鉄金属材を含む意味で用いられている。

この種の坩堝式溶解保持炉は、図４のように被溶解材ａの予熱タワー１００と、該予熱タワー１００の直下に設置される溶解用坩堝炉１０１と、坩堝炉１０１に並置した保持用坩堝炉１０２とを備えている。また、溶解用坩堝炉１０１は、溶解用坩堝１０３、溶解用坩堝室１０４及びバーナー１０５から成り、保持用坩堝炉１０２は、保持用坩堝１０７、保持用坩堝室１０６及びバーナー１０５Ａから成っている。そして、予熱タワー１００から溶解用坩堝炉１０２に供給される被溶解材ａをバーナー１０５で溶かし、溶解溶湯は溶解用坩堝１０３の樋１０８によって連続的に保持用坩堝１０７に向かって溢流し、保持用坩堝１０７では溶湯をバーナーで目標の鋳造温度にまで昇温されたのちに汲出される（例えば、特許文献１参照。）。

溶解用坩堝室１０４内で発生する燃焼排ガスは、溶解用坩堝室１０４と溶解用坩堝１０３の間の周隙１０９を上昇して予熱タワー１００内に予熱源として供給される一方、保持用坩堝室１０６内で発生する燃焼排ガスは、保持用坩堝室１０６と保持用坩堝１０７との間の隙間１１０を上昇して排ガス流路１１１から溶解用坩堝室１０４内及び予熱タワー１００内に流入して溶解用坩堝室１０４内で発生する燃焼排ガスと合流する。そして、予熱タワー１００内で予熱された被溶解材ａは絶えず予熱タワー１００内を降下して坩堝１０３の溶湯中で溶かされるので、溶解溶湯の温度は、常に低温（被溶解材の融点に近い温度）に維持される。

予熱タワー１００内への被溶解材ａの投入指示は、予熱タワー１００の頂部の開閉蓋１１２の排気孔１１３を通過する熱交換後の燃焼排ガスの温度を熱電対１１４で感知することにより行われ、予熱タワー１００内の被溶解材ａの量が少なくなれば熱交換後の排ガス温度が上昇し、燃焼排ガスの温度が設定範囲を超えると、熱電対１１４がこれを感知して投入指示を出して開閉蓋１１２を開き、溶解用坩堝室１０４のバーナー１０５による加熱を停止させる。被溶解材ａの追加投入が完了すると、開閉蓋１１２を閉じてバーナー１０５による加熱を再開する。

かかる坩堝式溶解保持炉は、溶解用坩堝室１０４及び保持用坩堝室１０６の両室から発生するすべての燃焼排ガスを被溶解材ａと熱交換して被溶解材ａの予熱に利用することによって省エネルギー化が図られ、また、酸化物の発生が少なくなるという利点がある。

しかしながら、保持用坩堝１０７の容量が大きい場合や被溶解材ａの融点が高い場合などには、溶解温度や保持温度が高くなり、燃焼排ガスが大量に発生し、燃焼排ガスの温度が高くなるので、溶解用坩堝室１０３で発生する燃焼排ガスの熱交換だけで被溶解材ａを十分に予熱できることになる。したがって、両室から発生する全ての高温の燃焼排ガスを被溶解材ａの予熱として利用すると、予熱タワー１００内が高温化することにより、予熱タワー１００内に被溶解材ａが充分に充填された状態であっても、熱交換後の排ガス温度が排ガス感知の設定温度を超えることが多くなり、その結果、前記投入指示が頻繁に行われて被溶解材ａのオーバーチャージの原因になるなど被溶解材ａの投入管理に支障をきたす。

なお、熱交換後の排ガスの感知温度を高温に設定して材料のオーバーチャージは避けることも考えられるが、合流して形成される高温の排ガスと被溶解材ａの熱交換率が低下して有効利用が図れず、省エネ効果を損なうことになる。
特開２０００−１３０９４８号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、熱交換後の排ガスの感知温度を高温に設定しなくても、被溶解材のオーバージャージを防ぐことができ、排ガスを有効に利用できる坩堝式溶解保持炉を提供する。

本発明の坩堝式溶解保持炉は、被溶解材を予熱するための予熱タワーと、前記予熱タワーの下方に設置され、前記予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝と、前記溶解用坩堝を収容する溶解用坩堝室と、前記溶解用坩堝を加熱する溶解用加熱手段と、前記溶解用坩堝から溶湯の供給を受ける保持用坩堝と、前記保持用坩堝を収容する保持用坩堝室と、前記保持用坩堝を加熱する保持用加熱手段と、を備えた溶解保持炉において、前記保持用加熱手段により生じる高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成したことを特徴とする。

また、前記保持用坩堝室と前記保持用坩堝の口部との間の隙間を仕切り体で塞いで前記保持用坩堝と前記保持用坩堝室との間に形成される燃焼室を密封構造にすることにより、前記高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成するのが望ましい。

また、前記保持用加熱手段をリジェネレイティブバーナとし、該リジェネレイティブバーナを前記保持用坩堝室の壁部に形成される開口に取り付けるのが望ましい。

また、前記保持用加熱手段を電熱ヒーターとし、該電熱ヒーターを前記保持用坩堝室の内壁面に配設するのが望ましい。

また、前記溶解用坩堝から溢流する溶湯を前記保持用坩堝に連続的に移送する移送部及び該移送部を流れる溶湯に、前記保持用坩堝内の溶湯からの熱気及び前記溶解用坩堝室からの高温排ガスを接触させるための流路を備えるのが望ましい。

また、前記保持用坩堝を鉄製坩堝とし、該坩堝の口部から外鍔を突設し、該外鍔を前記仕切り体とするのが望ましい。

本発明の坩堝式溶解保持炉によれば、前記保持用加熱手段により生じる高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成したので、溶解用坩堝室で発生する加熱ガスのみを被溶解材の予熱に利用することができる。したがって、大容量の保持用坩堝を用いる場合や高融点の被溶解材を対象とする場合の被溶解材のオーバーチャージを防止でき、また、被溶解材の投入管理が容易になる。

また、前記保持用坩堝室と前記保持用坩堝の口部との間の隙間を仕切り体で塞いで前記保持用坩堝と前記保持用坩堝室との間に形成される燃焼室を密封構造にすることにより、前記高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成すれば、前記保持用加熱手段により生じる高温排ガスの前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーへの流入を容易に防ぐことができる。

また、前記燃焼室を密封構造とし、前記保持用加熱手段をリジェネレイティブバーナとすれば、高温の燃焼排ガスと空気を充分に熱交換して排ガス温度を低温にできるので、省エネルギー化が可能になり、しかも、被溶解材のオーバーチャージをなくすと共に被溶解材を十分に予熱できる。

また、前記燃焼室を密封構造とし、前記保持用加熱手段を電熱ヒーターとすれば、高い電熱効率で保持加熱できるので、省エネルギー化が可能になり、しかも、被溶解材のオーバーチャージをなくすと共に被溶解材を十分に予熱できる。

また、前記溶解用坩堝から溢流する溶湯を前記保持用坩堝に連続的に移送する移送部及び該−移送部を流れる溶湯に、前記保持用坩堝内の溶湯からの熱気及び前記溶解用坩堝室からの高温排ガスを接触させるための流路を備えれば、移送部を流れる溶湯の温度低下を防止して溶湯の固化を防止することができる。

以下に本発明の坩堝式溶解保持炉の実施形態を添付図面に基づき説明する。

実施形態１
図１に本実施形態の坩堝式溶解保持炉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の被溶解材ａの予熱タワー１と、該予熱タワー１の直下に設置される溶解用坩堝炉２と、溶解用坩堝炉２に並置される保持用坩堝炉３とを備えている。

溶解用坩堝炉２は、溶解用坩堝室４と、溶解用坩堝室４の炉蓋４１と、溶解用坩堝室４内に坩堝台５を介し設置される溶解用坩堝６と、溶解用坩堝６を加熱するバーナー（溶解用加熱手段）Ｂとを備え、該坩堝６と溶解用坩堝室４及び炉蓋４１との間には周隙７が形成され、該周隙７は矢印のようにバーナーＢの燃焼排ガス（高温ガス）が流れる上昇通路となる。

保持用坩堝炉３は、保持用坩堝室８と、保持用坩堝室８の炉蓋８１と、保持用坩堝室８内に坩堝台９を介し設置される保持用坩堝１０と、保持用坩堝１０を加熱するセルフ型のリジェネレイティブバーナー（保持用加熱手段）ＲＢとを備えている。保持用坩堝室８の壁部には開口８ａが形成され、開口８ａにはリジェネレイティブバーナーＲＢが取り付けられている。

炉蓋８１は、保持用坩堝室８と保持用坩堝１０の口部との間に形成される隙間８２を塞ぐ仕切り体を兼ね、これにより保持用坩堝室８と保持用坩堝１０との間に形成される燃焼室８３を密閉構造にし、高温の燃焼排ガスが溶解用坩堝室４及び予熱タワー１に流れ込むのを防止している
溶解用坩堝室４及び保持用坩堝室８には断熱材、例えばセラミック系の断熱材で内張りが施され、その境界部には共用側壁１３が設けられている。

リジェネレイティブバーナーＲＢは、燃焼排ガスを回収して炉の熱効率を向上させるバーナーである。

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溝５ａ，９ａを備えている。

保持用坩堝１０は内部が仕切り部１８により受湯室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、受湯室１９において溶解坩堝６からの溶湯１７を受け取る構成になっている。

溶解用坩堝６と保持用坩堝１０とは、溶解用坩堝６の胴部に設けられる溢流タイプの排出口１５並びに該排出口１５に接続する、樋形の移送部１６を介し接続され、溶湯１７を溶解用坩堝６内から排出口１５を溢流させながら移送部１６を経て保持用坩堝１０内に連続的に移送できる構成になっている。移送部１６は共用側壁１３に形成された開口１４ａ内を通って保持用坩堝１０の受湯室１９内の溶湯の液面の上方の位置まで延出されている。移送部１６は樋形には限定されず、例えばパイプ形であっても良い。

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。

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が、必要に応じて鉄製坩堝（鋳鉄、普通鋼、特殊鋼など）とすることもできる。

保持用坩堝１０内の受湯室１９の上側は排湯フード１４ｂで覆われ、排湯フード１４ｂと共用側壁１３の開口１４ａとによって移送部１６の周囲に流路１４が形成されている。そして、保持用坩堝１０内の溶湯の熱気は、該流路１４によって移送部１６の出湯口１６ａに導かれることにより、移送部１６を流れる溶湯が溶湯の熱気に晒されて加熱を受け、移送中の溶湯１７の温度降下が防止される。

保持用坩堝室８に溢流した溶湯１７は使用温度まで上昇せられ、汲み出し室２０より鋳湯される。また、受湯室１９内では必要に応じて各種の溶湯処理や溶湯表面に溜まる酸化物等の除去等が適宜行われる。

坩堝６，１０からは亀裂等を通じて溶湯１７が漏れることがあり、漏出溶湯を炉外に排出するために、例えば共用側壁１３の下端部と保持用坩堝室８の側壁下端部とに図外のドレン排出口が形成されている。

溶解用坩堝炉２の溶解用坩堝室４は、無蓋有底筒形を呈していて、上部の炉蓋４１を介して筒形の予熱タワー１が２段重ね状態且つ同心状に設置されている。炉蓋４１の下端は溶解用坩堝６の上端上方で、坩堝６内に向けて開口し、予熱タワー１を通じ被溶解材ａを坩堝６内に投入できる構成になっている。

溶解用坩堝室４内の周隙７の上端側は予熱タワー１内に、溶解用坩堝６の上端と炉蓋４１に形成された垂壁４１Ａ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。なお、燃焼排ガスは矢印のように垂壁４１Ａによって一旦下方に流れるので、溶解用坩堝６内に位置する溶湯浸漬前の被溶解材ａも予熱できる。

予熱タワー１の上端には被溶解材ａの投入口２７があり、該投入口２７には開閉蓋２８が備えられ、該開閉蓋２８には燃焼排ガスの排気口２９が設けられている。該開閉蓋２８には排気孔を通過する熱交換後の燃焼排ガスの温度を感知するための熱電対２５が取り付けられている。排気口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２８の開閉は駆動装置を備えた自動開閉機構により行うことができる。

溶解用坩堝６の取り替えや該坩堝６内の残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は溶解用坩堝室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を溶解用坩堝室４の炉蓋４Ａ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、即ち溶解用坩堝室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。

図１は溶解保持炉の平常運転時の状況を示し、溶解用坩堝室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を加熱しつつ周隙７内を上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは周隙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、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被溶解材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。一方、保持用坩堝室８は上述のように密閉構造となっているので、保持用坩堝室８の高温の燃焼排ガスが予熱タワー１や溶解用坩堝室４に流れ込んでバーナＢの燃焼排ガスと合流することはない。

被溶解材ａは、溶解用坩堝６の溶湯１７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。被溶解材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き、常に溶湯１７中で溶かされるので、溶湯１７の温度はアルミの融点近傍の低い温度に略々一定に保持される。

溶解用坩堝６内の溶湯１７は、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の受湯室１９内に連続的に移送されて行き、連続的溶解保持が可能になる。

保持用坩堝１０の受湯室１９内に流入した低温の溶湯１７は燃焼ガスの加熱により必要な温度まで加熱保持され、注湯される。また受湯室１９内で必要応じて各種溶湯処理や酸化物除去が図られる。受湯室１９内の溶湯１７は仕切り板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。

予熱タワー１内への被溶解材ａの投入指示は、上述のように開閉蓋２８の排気孔を通過する熱交換後の燃焼排ガスの温度を熱電対２５で感知して行われ、予熱タワー１内の被溶解材ａの量が少なくなれば熱交換後の排ガス温度が上昇し、燃焼排ガスの温度が設定範囲を超えると、熱電対２５がこれを感知して投入指示を出して開閉蓋２８を開き、溶解用坩堝室４のバーナーＢによる加熱を停止させる。被溶解材ａの追加投入が完了すると、開閉蓋２８を閉じてバーナーＢによる加熱を再開する。

熱交換後の排ガス温度は、被溶解材ａの融点や予熱タワー１に充填される被溶解材ａの量によって異なるが、被溶解材ａが例えばＡＤＣ１２等の通常のアルミニウム材であれば、約３００〜５００℃の範囲に設定される。

このように坩堝式溶解保持炉は、予熱タワー１と、溶解用および保持用の２つに仕切られた坩堝炉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内への移湯を連続的に行い溶湯の汲出しを保持用坩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により、溶解用坩堝炉２内で発生する燃焼排ガスのみを予熱タワー１での予熱用に利用することが可能になる。

更に坩堝炉２，３の炉壁は溶湯と接触しな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。

実施形態２
図２に示す坩堝式溶解保持炉は、保持用坩堝炉３にリジェネレイティブバーナーＲＢに代えて電熱ヒーターＨを配設したものである。電熱ヒーターＨは保持用坩堝室８の内壁面に配設され、電熱線の発熱により保持用坩堝１０を加熱するようになっている。なお、第１の実施形態と同一又は類似の部分については、第１の実施形態に付された符号と同じ符号を図２に付すことによりその部分の説明を省略する。

実施形態１と同様に保持用坩堝炉３の燃焼室８３は炉蓋８１により密閉構造となっているので、電熱ヒーターＨによる加熱ロスが少なくなり電熱効率の向上が図れる。

図３は、保持用坩堝１０は鉄製坩堝とし、該坩堝１０の口部から炉蓋８１を兼ねる外鍔１０Ａを突設し、該外鍔１０Ａで隙間８２を塞いだ実施形態を示している。

本発明の実施形態１の坩堝式溶解保持炉を示す正面断面図である。 本発明の実施形態２の坩堝式溶解保持炉を示す正面断面図である。 本発明の他の実施形態の坩堝式溶解保持炉の一部を示す正面断面図である。 従来の坩堝式溶解保持炉の正面断面図である。

符号の説明

１ 予熱タワー
２ 溶解用坩堝炉
３ 保持用坩堝炉
４ 溶解用坩堝室
Ｂ バーナー（溶解用加熱手段）
ＲＢ リジェネレイティブバーナー（保持用加熱手段）
Ｈ 電熱ヒーター（保持用加熱手段）
８ 保持用坩堝室
１０ 保持用坩堝

Claims (6)

1. 被溶解材を予熱するための予熱タワーと、前記予熱タワーの下方に設置され、前記予熱タワーから前記被溶解材の供給を受ける溶解用坩堝と、前記溶解用坩堝を収容する溶解用坩堝室と、前記溶解用坩堝を加熱する溶解用加熱手段と、前記溶解用坩堝から溶湯の供給を受ける保持用坩堝と、前記保持用坩堝を収容する保持用坩堝室と、前記保持用坩堝を加熱する保持用加熱手段と、を備えた溶解保持炉において、
   前記保持用加熱手段により生じる高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成したことを特徴とする坩堝式溶解保持炉。
2. 前記保持用坩堝室と前記保持用坩堝の口部との間の隙間を仕切り体で塞いで前記保持用坩堝と前記保持用坩堝室との間に形成される燃焼室を密封構造にすることにより、前記高温排ガスが前記溶解用坩堝室及び前記予熱タワーに流れ込むのを防止するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の坩堝式溶解保持炉。
3. 前記保持用加熱手段をリジェネレイティブバーナとしたことを特徴とする請求項２に記載の坩堝式溶解保持炉。
4. 前記保持用加熱手段を電熱ヒーターとし、該電熱ヒーターを前記保持用坩堝室の内壁面に配設したことを特徴とする請求項２に記載の坩堝式溶解保持炉。
5. 前記溶解用坩堝から溢流する溶湯を前記保持用坩堝に連続的に移送する移送部及び該−移送部を流れる溶湯に、前記保持用坩堝内の溶湯からの熱気及び前記溶解用坩堝室からの高温排ガスを接触させるための流路を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の坩堝式溶解保持炉。
6. 前記保持用坩堝は鉄製坩堝であり、該坩堝の口部から外鍔を突設し、該外鍔を前記仕切り体としたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の坩堝式溶解保持炉。

Images