JP2020066037A - 溶融金属用保持炉の炉壁構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】内張層からの熱放散を減少し、ヒータの容量を軽減するとともに、補修が容易な溶融金属用保持炉の炉壁構造を提供する。【解決手段】溶融金属に直接接触する内張層１６と、当該内張層１６の背面に位置する断熱層１７とからなる溶融金属用保持炉１の炉壁構造であって、内張層１６が、炉床及び下部側壁を構成する不定形耐火物製一体成形体の第１内張層１６ａと、上部側壁を構成する耐熱ボードの第２内張層１６ｂとからなる。第１内張層１６ａと第２内張層１６ｂとの接合面１８は溶融金属中に位置する。接合面１８は凹凸形状である。第１内張層１６ａは、アルミナ系不定形耐火物であり、第２内張層１６ｂは、珪酸カルシウム系耐熱ボードである。【選択図】図１
Description
本発明はアルミニウム合金等の溶融金属を鋳造する際に使用される溶融金属用保持炉の炉壁構造に関し、詳しくは溶融金属に直接接触する内張層の構造に関する。
低圧鋳造用溶湯保持炉やダイカスト用溶湯保持炉等の鋳造用溶湯保持炉における炉壁構造は、アルミニウム合金等の溶湯に直接接触する内張層と、当該内張層の背面に位置する断熱層（バックアップ層）とから構成されている。
例えば、特許文献１には、内張層（バス）がセラミックスの一体成形体の内槽で構成され、断熱層が内槽の外側にセラミックスペーパー、無機質粒子又は無機質繊維からなる分離層、断熱板がこの順で設けられた炉壁構造が開示されている。
また、特許文献２には、内張層（収納容器）がアルミナ質不定形耐火物の一体成形からなる溶湯収容容器で構成された炉壁構造が開示されている。
炉壁構造の内張層を特許文献１，２に開示されているような耐熱キャスタブルで構成することは、任意の炉内形状を得ることができ、しかも施工が容易であること、及び耐久性に優れている一方、熱伝導率（Ｗ/ｍ・ｋ）が耐熱ボードと比較して高い。例えば、アルミナ系不定形耐火物の熱伝導率は、２．１３〜２．６２Ｗ/ｍ・ｋ（at ８００℃）であるのに対し、耐熱ボードである珪酸カルシウム質ボードは０．１５Ｗ/ｍ・ｋ（at ４００℃）である。
ところで、アルミニウム合金等の鋳造作業では、鋳造用溶湯保持炉内の溶湯を一定量毎に鋳造機に供給し、炉内の溶湯が減少した時点で新たな溶湯を炉内に供給することを繰り返している。このため、保持炉内の湯面は、所定範囲で昇降する。また、湯面の昇降する領域における側壁（内張層表面）には強固な酸化物が付着することから、一定期間毎或いは付着酸化物の状態に基づき、付着酸化物の除去作業が行われている。
したがって、内張層が耐熱キャスタブルで構成される炉壁構造では、熱伝導率が高いため、湯面から露出している側壁を介しての熱放散が多い。特に、ダイカスト用溶湯保持炉では、鋳造作業時に汲出し口が大気開放されており、しかも湯面が漸次低下して大気に晒される側壁面積が漸次増大するため、熱放散が著しい。このため、溶湯を所定温度（７５０〜８００℃）に保持するのに必要な熱量が増大し、その結果、溶湯を加熱保持するヒータ容量も大きくする必要がある。
また、側壁面の付着酸化物を除去する作業中において、側壁を損傷した場合には、局部的な側壁の補修が不可能であるため、炉壁の全面補修が避けられない。このため、炉壁の補修が長期化し、補修費が増大する等の問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、内張層からの熱放散を減少し、ヒータの容量を軽減するとともに、補修が容易な溶融金属用保持炉の炉壁構造を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明は、
溶融金属に直接接触する内張層と、当該内張層の背面に位置する断熱層とからなる溶融金属用保持炉の炉壁構造であって、
前記内張層が、炉床及び下部側壁を構成する不定形耐火物製一体成形体の第１内張層と、上部側壁を構成する耐熱ボードの第２内張層とからなり、
前記第１内張層と前記第２内張層との接合面が溶融金属中に位置する
ことを特徴とする。
溶融金属に直接接触する内張層と、当該内張層の背面に位置する断熱層とからなる溶融金属用保持炉の炉壁構造であって、
前記内張層が、炉床及び下部側壁を構成する不定形耐火物製一体成形体の第１内張層と、上部側壁を構成する耐熱ボードの第２内張層とからなり、
前記第１内張層と前記第２内張層との接合面が溶融金属中に位置する
ことを特徴とする。
前記接合面が凹凸形状であることが好ましい。
これにより、断熱層への溶融金属の侵入を抑制することができる。
これにより、断熱層への溶融金属の侵入を抑制することができる。
前記第１内張層がアルミナ系不定形耐火物であり、前記第２内張層が珪酸カルシウム系耐熱ボードであることが好ましい。
本発明によれば、第１内張層と第２内張層との接合面が溶融金属中に位置するので、溶融金属の湯面より上方には上部側壁を構成する第２内張層が露出している。第２内張層は、耐熱ボードからなり、熱伝導率が低いので、溶融金属からの伝熱量が低減し、大気に晒される側壁からの放熱量を減少することができる。また、放熱量の減少により、炉内に設置されるヒータの容量を縮小することができる。
溶融金属に直接接触する下部側壁の第１内張層は、不定形耐火物製であることから、溶融金属の断熱層内への侵入、及び内張層の破損が減少し、耐久性の向上を図ることができる。
側壁への付着酸化物を除去する作業中に内張層が破損しても、その破損部位は耐熱ボードの第２内張層であるから、内張層全体を補修する必要がなく、補修期間を短縮でき、また補修費も安価となる等の効果を有している。
溶融金属に直接接触する下部側壁の第１内張層は、不定形耐火物製であることから、溶融金属の断熱層内への侵入、及び内張層の破損が減少し、耐久性の向上を図ることができる。
側壁への付着酸化物を除去する作業中に内張層が破損しても、その破損部位は耐熱ボードの第２内張層であるから、内張層全体を補修する必要がなく、補修期間を短縮でき、また補修費も安価となる等の効果を有している。
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る炉壁構造を備えた溶融金属用保持炉１を示す。溶融金属用保持炉１は、図４に示すように、溶湯受入室２、溶湯保持室３及び溶湯汲出室４から構成され、各室は上から見て略矩形で、上方に開口している。溶湯受入室２は溶湯保持炉１の正面から見て左側後方に配置され、溶湯汲出室４は左側前方に配置され、溶湯保持室３は右側に配置されている。溶湯受入室２と溶湯汲出室４は、第１仕切壁５を介して隣接して配置されている。溶湯保持室３は、第２仕切壁６を介して溶湯受入室２と溶湯汲出室４に隣接して配置されている。
溶湯受入室２の炉床面は、溶湯汲出室４の炉床面よりも高い位置に形成されている。溶湯保持室３の炉床面は、溶湯受入室２の炉床面と同じ高さにあり、溶湯保持室３の炉床面の一部（第２仕切壁６の第２連通開口８付近）は、１段低い溜り部３ａが形成され、該溜り部３ａの炉床面は、溶湯汲出室４の炉床面と同じ高さに形成されている。図２に示すように、第２仕切壁６の下部には、溶湯受入室２と溶湯保持室３を連通する第１連通開口７が形成されるとともに、溶湯保持室３と溶湯汲出室４を連通する第２連通開口８が形成されている。これにより、図４に示すように、溶湯受入室２、溶湯保持室３及び溶湯汲出室４は、溶湯保持炉１の上から見て、溶湯受入室２から第１連通開口７を介して溶湯保持室３に連通し、溶湯保持室３から第２連通開口８を介して溶湯汲出室４に連通するように、コ字形に配置されている。
図３に示すように、溶湯受入室２の上方の溶湯受入開口２ａは、断熱蓋９で覆われている。断熱蓋９の所定箇所には、溶湯受入室２に溶湯を導入する桶１０の下方開口（溶湯導入口）と連通する上方開口が設けられている。桶１０の上方開口には、蓋１１が開閉可能に設けられている。蓋１１は、通常は閉状態で、溶湯導入時のみ開状態にされる。
溶湯保持室３の上方開口３ｂは、図３に示すように、断熱蓋１２で覆われている。溶湯汲出室４の上方の溶湯汲出開口４ａは、着脱式の断熱蓋１３ａ，１３ｂで覆われている。操業時には、溶湯汲出開口４ａの一部が断熱蓋１３ａで塞がれるが、他は溶湯を汲み出せるように開放される。操業停止時には、溶湯汲出開口４ａは、断熱蓋１３ａ，１３ｂで塞がれる。
溶湯保持室３の溜り部３ａには、断熱蓋１２の貫通口１２ａに浸漬ヒータ１４が垂直に挿入されている。溶湯汲出室４には、当該溶湯汲出室４の肩部から断熱蓋１３ａの貫通口に浸漬ヒータ１５が斜めに挿入されている。
溶融金属用保持炉１の溶湯受入室２、溶湯保持室３及び溶湯汲出室４のそれぞれの炉壁は、溶融金属に直接接触する内張層１６と、当該内張層１６の背面に位置する断熱層１７とから構成されている。
図５に示すように、内張層１６は、炉床及び下部側壁を構成する不定形耐火物製一体成形体の第１内張層１６ａと、上部側壁を構成する耐熱ボードの第２内張層１６ｂとからなる。第１内張層１６ａと第２内張層１６ｂとの接合面１８は、溶融金属中に位置する。すなわち、接合面１８は、湯面の下限ＬＬよりも下に位置している。ＨＬは湯面の上限である。
第１仕切壁５は、図８に示すように、第１内張層１６ａの炉床と一体構造で下部壁を構成する下部仕切壁５ａと、上部壁を構成する耐熱ボードの上部仕切壁５ｂとからなる。下部仕切壁５ａと上部仕切壁５ｂとの接合面は、内張層１６と同様に溶融金属中に位置する、また、第２仕切壁６は耐熱ボードで構成され、図９に示すように、両端が第２内張層１６ｂで保持され、下端が溶融金属中に位置する。
第１内張層１６ａの不定形耐火物としては、アルミナ系不定形耐火物、例えばカルデリス（株）のアルコン（商品名）からなり、その熱伝導率は、2.62Ｗ/ｍ・ｋ（800℃）程度である。
第２内張層１６ｂ、第１仕切壁５の上部仕切壁５ｂ及び第２仕切壁６の耐熱ボードとしては、珪酸カルシウム質ボード、例えばニチアス（株）のルミボード（商品名）からなり、その熱伝導率は、0.15Ｗ/ｍ・ｋ（400℃）程度である。第２内張層１６ｂ、第１仕切壁５の上部仕切壁５ｂ及び第２仕切壁６の耐熱ボードは、モルタル等の接着剤を介して２枚重ね合わされている。
図５、図７に示すように、第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの各上面は凹形の溝１９が形成され、第２内張層１６ｂ及び上部仕切壁５ｂの各下面は凸形の条２０が形成されている。第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの各上面の凹形の溝１９と、第２内張層１６ｂ及び上部仕切壁５ｂの各下面の凸形の条２０は、モルタル等の接着剤を介して互いに嵌合し接合されている。
断熱層１７は、内張層１６の外側にセラミックファイバーと耐火骨材を配合したセラミックファイバー不定形耐火物、バルク等の断熱充填層及び珪酸カルシウム系ボード等の断熱層で構成されている。
次に、溶融金属用保持炉１の炉壁の施工方法について説明する。
まず、図６、図７に示すように、鉄皮からなる外板の内側に断熱ボード等で複数の層に断熱層１７を施工する。断熱層１７の表面から所定間隔（第１内張層１６ａの厚み相当分）をもって発泡スチロール製型枠を設置し、当該型枠と断熱層１７の間に水等で混練したアルミナ質系不定形耐火物を流し込み、所定時間放置（養生）して脱枠した後、所定の昇温・冷却スケジュールで乾燥・冷却することで第１内張層１６ａ及び第１仕切壁５の下部仕切壁５ａを成形する。第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの上端面は、溶融金属用保持炉１の湯面より下で、常時溶融金属が浸漬状態となる位置である。
第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの各上端面に、図７に示すように、凹形の溝１９を形成し、各上端面に接着剤を塗布する。第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの上端面から保持炉の上端まで、珪酸カルシウム質ボードを設置する。珪酸カルシウム質ボードは、設置場所に合わせて適宜裁断し、下端面に第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの凹形の溝１９に嵌合する凸形の条２０を形成する。珪酸カルシウム質ボードを全ての第１内張層１６ａ及び下部仕切壁５ａの上端面に設置して、第２内張層１６ｂ及び第１仕切壁５を形成する。第２内張層１６ｂ及び第１仕切壁５の上部仕切壁５ｂは、第１内張層１６ａの厚さに応じて、１枚、又はそれ以上の枚数の珪酸カルシウム質ボードを重ねる。重ねた珪酸カルシウム質ボード間には接着剤が介在する。必要に応じて、珪酸カルシウム質ボード同士をねじ止めして積層してもよい。
図４、図６、図９に示すように、溶融金属用保持炉１の第１仕切壁５の上部仕切壁５ｂの一方端は第２内張層１６ｂの側面に形成した凹形の溝２１に、他方端は第２仕切壁の側面に形成した凹形の溝２１に、またｈ第２仕切壁６の両端面は、第２内張層１６ｂの側面に形成した凹形の溝２１にそれぞれ接着剤を介して嵌合し接合するようにする。
第１内張層１６ａは、前述したように型枠を使用するキャスタブル構造ではなく、予め所定形状に一体成形したものを断熱層１７内に設置してもよい。この場合、断熱層１７の内面と一体成形の第１内張層１６ａの裏面との隙間にバルク等の断熱材を充填する。
以上説明した実施形態の溶融金属用保持炉１では、第１内張層１６ａと第２内張層１６ｂとの接合面１８が溶融金属中に位置するので、溶融金属の湯面より上方には上部側壁を構成する第２内張層１６ｂが露出している。第２内張層１６ｂは、耐熱ボードからなり、熱伝導率が低いので、溶融金属からの伝熱量が低減し、大気に晒される側壁からの放熱量を減少することができる。また、放熱量の減少により、炉内に設置される浸漬ヒータ１４，１５の容量を縮小することができる。
また、溶融金属に直接接触する下部側壁の第１内張層１６ａは、不定形耐火物製であることから、溶融金属の断熱層１７内への侵入、及び内張層１６の破損が減少し、耐久性の向上を図ることができる。
側壁への付着酸化物を除去する作業中に内張が破損しても、その破損部位は耐熱ボードの第２内張層１６ｂであるから、内張全体を補修する必要がなく、補修期間を短縮でき、また補修費も安価となる。
また第１内張層１６ａと第２内張層１６ｂの接合面１８が凹凸形状であるため、接合面１８から断熱層１７への溶融金属の侵入を抑制することができる。
１…溶融金属用保持炉
２…溶湯受入室
３…溶湯保持室
３ａ…溜り部
３ｂ…上方開口
４…溶湯汲出室
４ａ…溶湯汲出開口
５…第１仕切壁
５ａ…下部仕切壁
５ｂ…上部仕切壁
６…第２仕切壁
７…第１連通開口
８…第２連通開口
９…断熱蓋
１０…桶
１１…蓋
１２…断熱蓋
１２ａ…貫通口
１３ａ…断熱蓋
１３ｂ…断熱蓋
１４…浸漬ヒータ
１５…浸漬ヒータ
１６…内張層
１６ａ…第１内張層
１６ｂ…第２内張層
１７…断熱層
１８…接合面
１９…溝
２０…条
２１…溝
２…溶湯受入室
３…溶湯保持室
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４…溶湯汲出室
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Claims (3)
- 溶融金属に直接接触する内張層と、当該内張層の背面に位置する断熱層とからなる溶融金属用保持炉の炉壁構造であって、
前記内張層が、炉床及び下部側壁を構成する不定形耐火物製一体成形体の第１内張層と、上部側壁を構成する耐熱ボードの第２内張層とからなり、
前記第１内張層と前記第２内張層との接合面が溶融金属中に位置する
ことを特徴とする溶融金属用保持炉の炉壁構造。 - 前記接合面が凹凸形状であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用保持炉の炉壁構造。
- 前記第１内張層がアルミナ系不定形耐火物であり、前記第２内張層が珪酸カルシウム系耐熱ボードであることを特徴とする請求項１又は２の溶融金属用保持炉の炉壁構造。
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