JP2607659B2 - ロックウール溶融物の定量出湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主にロックウール（石綿）の製造ラインに
おいて、電気溶融炉で溶融したロックウール原料を炉体
の側壁に設けた出湯口から製綿機に定量出湯するのに使
用されるロックウール溶融物の定量出湯装置に関する。

［従来の技術］ ロックウールはその原料を電気溶融炉において溶融
し、この溶融物（スラグ）を製綿機に出湯し、吹製法ま
たはスピニング法により繊維化することで製造されてい
る。

なお、ロックウール原料としては、従来、安山岩や玄
武岩等が利用されていたが、最近では品質の安定化を図
るため、金属の精練滓、主に高炉スラグを主原料とし、
これに化学成分の調整のためケイ石、ドロマイト、石炭
岩等を副原料として添加している。

ところで、上記ロックウールの製造において良質の繊
維製品を得るには、製綿機にその性能に応じた量の溶融
原料を常時一定量で供給することが必要であり、そのた
めには電気溶融炉で溶融したロックウール原料溶融物を
製綿機に連続して定量出湯する必要がある。

この電気溶融炉におけるロックウール溶融物の定量出
湯装置としては、従来、例えばカーボン系やセラミック
系耐火物により形成された炉体の側壁に排出用ノズルを
開口し、この排出用ノズルの出湯口に対向して昇降可能
なスライドゲートを設け、このスライドゲートにより上
記出湯口から流出する溶融物の出湯量を制御する手段が
研究、開発されている。

この場合、スライドゲートにより出湯口の開口面積を
直接制御して溶融物の出湯量を制御するもの、または出
湯による炉内溶融物の残存量が出湯口から浴面までのヘ
ッド高さに影響されることに着目しこのヘッド高さをほ
ぼ一定に保つべくスライドゲートにより実質的に出湯口
の高さを変えるもの等が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の定量出湯装置は、スライド
ゲートにより出湯口の開口面積を直接制御したり、出湯
口の位置を変えるものであるが、この種のロックウール
電気溶融炉においてはスライドゲートにより出湯量を制
御することと関係なく出湯口の開口面積が変化してしま
うといった不具合がある。

すなわち、ロックウール溶融物の炉内温度は1450〜16
00℃程度であり、この温度状態のロックウール溶融物は
化学反応性がきわめて強いという性質がある。

このため、排出用ノズルに連なる出湯口を、例えばセ
ラミック系耐火物で構成した場合は、この耐火物の成分
がロックウール原料の成分に似ていることから濡れ性が
良く、ロックウール溶融物が耐火物を浸蝕したり、逆に
耐火物に固着することがある。

つまり、ロックウール溶融物の炉内温度が1600℃程度
の高温で流量が多い場合は、このロックウール溶融物の
流れに接する出湯口の耐火物が溶融物の流れに伴う機械
的な力も作用して次第に浸蝕され、このため出湯口の開
口面積が大きくなり、流量が次第に増す。

一方、ロックウール溶融物の炉内温度が1450℃程度の
低温で流量が少ない場合は、ロックウール溶融物の流れ
に接する出湯口の耐火物表面に小さな凝固物が付着する
ようになる。この凝固物は下流側の方が溶融物の温度が
低いことにより著しく発生し、しかも上流側の凝固物が
ある程度成長すると流れによる機械的な力で剥ぎとられ
てこれが下流側に再び付着して凝固するなどの現象が見
られ、このため出湯口の開口面積が次第に小さくなり、
流量が減少する。

そして、溶融物の流量が減少し始めると輸送される熱
量も減るので、下流側の耐火物とこれに接する溶融物の
温度も下がり、付着（沈着）が加速して凝固物の形成が
急速に進行する。すなわち、凝固物の付着や沈着が一旦
発生しだすと加速度的に進み、遂には出湯口が凝固物に
より閉塞されてしまうという不具合がある。

また、出湯口の閉塞に至らないまでも耐火物に付着し
たロックウール凝固物は剥離し難く、このため開口面積
を小さくする方向への制御は可能であっても、開口面積
を大きくする方向への制御は困難である。

そして、出湯口が閉塞されてしまった場合は、ボーリ
ングマシンで穴開け作業を行なわなければならず、この
作業は手間を要し、面倒である。

このような現象は、出湯口の周壁をロックウールと化
学的性質が似ている耐火物で構成することに原因してお
り、したがって出湯口を耐火物に代わって金属材料で形
成することが考えられる。

出湯口を金属材料で形成した場合は、浸蝕が起り難
く、またロックウール溶融物の濡れ性が低く、かつ出湯
口の表面が滑らかになるため溶融物の付着が少なくなる
と考えられる。

しかしながら、ロックウール溶融物の温度は1450〜16
00℃程度もあり、このような高温状態に耐えるには、一
般に高融点金属が必要とされており、しかしこのような
高融点金属は高価であるとともに加工も難しい不具合が
ある。

これに対し、融点の低い金属は安くて加工性に優れて
いるが、耐熱強度に劣るという欠点がある。

本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、
その目的とするところは、溶融物の付着による出湯口の
閉塞や、浸蝕による出湯口の拡大を防止し、かつ安価で
あり、ロックウール溶融物の出湯量を一定に制御するこ
とが容易となる定量出湯装置を提供しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、電気炉の炉体側壁に、排出用ノズルに連な
る出湯口を備えた固定ゲートを設けるとともに、この固
定ゲートの外側に、上記出湯口から流出する溶融物の流
出量を制御するスライドゲートを昇降可能にかつ脱着可
能に設け、これら固定ゲートおよびスライドゲートはそ
れぞれ融点の低い金属材料により形成されるとともに、
内部に冷却媒体が循環される冷却通路を備えたことを特
徴とする。

［作用］ 本発明によれば、固定ゲートおよびスライドゲートは
それぞれ金属材料により形成されているので浸蝕が起り
難く、またこれら固定ゲートおよびスライドゲートは内
部に形成した冷却通路に冷却媒体を流すことにより一定
の低温状態に保たれ、したがって比較的低融点の金属を
使っても耐久性を保持することができる。そして、出湯
口の表面が一定の低温状態に保たれていることから、ロ
ックウール溶融物の濡れ性が低く、出湯口の表面に溶融
物が薄い膜状となって付着し、しかしながらこの薄膜は
溶融物の出湯中に成長することはなく一定膜厚に保た
れ、よって溶融物の付着による出湯口の閉塞や、浸蝕に
より出湯口の拡大が防止される。このようなことから、
スライドゲートにより上記出湯口から流出する溶融物の
出湯量を高精度に制御することができる。

さらに、スライドゲートは固定ゲートの外側に取付け
たので、スライドゲートの取り外しが容易であり、スラ
イドゲートの修理や交換作業が容易になる。

［実施例］ 以下本発明について、第１図ないし第４図に示す一実
施例にもとづき説明する。

まず、電気溶融炉の構造を説明すると、第１図におい
て、１は電気溶融炉の炉体、２は炉蓋であり、これら炉
体１および炉蓋２は、カーボン系やセラミック系を主体
とした耐火物にて構成されている。

上記炉体１は架台３上に炉重量測定用ロードセル４を
介して傾動可能に支持されている。

５は炉蓋２を貫通して炉内に挿入された複数本の電極
であり、これら各電極５は、炉体１の外側に立設した垂
直マスト６に昇降可能に支持された電極保持アーム７に
保持されている。

また、８および９は炉内にロックウール原料を投入す
る主原料および副原料投入管であり、ロックウールの主
原料、例えば高炉スラグ（ここでは溶融スラグ）は、取
鍋10により搬送されて主原料投入管８の上部のホッパ8a
に投入され、主原料投入管８から炉内に装入される。ま
た、副原料は、炉の上方に設置した副原料貯槽11から副
原料供給装置12を介して副原料投入管９に供給され、こ
の副原料投入管９から炉内に装入される。

14は炉体１の側壁に設けられた排出用ノズルであり、
出口側が細く形成されている。この排出用ノズル14の出
口側開口部には固定ゲート15が上記炉体１の外壁面に固
定して配置されている。この固定ゲート15には上記排出
用ノズル14に連なる出湯口16が形成されている。なお、
この出湯口16の開口形状は円形、楕円形、長孔など種々
の形状でよい。

このような固定ゲート15の側面側には、スライドゲー
ト17が昇降自在に取付けられている。

このスライドゲート17はスライドゲート昇降機構18に
より昇降されるようになっている。このスライドゲート
昇降機構18はその内部構造を図示しないが、例えばスラ
イドゲート17に脱着可能に連結したスクリューロッド19
に螺合させたナット部材と、このナット部材を駆動する
モータとからなっており、スライドゲート17は上記ナッ
ト部材の回転によりスクリューロッド19を介して昇降さ
れるようになっている。このスライドゲート17と上記ス
クリューロッド19の連結を外ればこのスライドゲート17
は固定ゲート15から取り外すことができるようになって
いる。

上記固定ゲート15およびスライドゲート17の詳細な構
造例を第２図および第３図に示す。

スライドゲート17は固定ゲート15に形成した出湯口16
を覆っている。このスライドゲート17は、上記出湯口16
の開口面積よりも十分大きなものとなっており、このス
ライドゲート17には上記出湯口16の開口面積を変化させ
る調節孔20が形成されている。この調節孔20の形状は円
形、楕円形、長孔または切欠きなど種々の形状でよい
が、本実施例ではだるま形孔としてある。

このようなスライドゲート17は固定ゲート15の前面に
設けた一対のガイドレール21,21により案内されて昇降
されるようになっている。

そして、これら固定ゲート15およびスライドゲート17
はそれぞれ銅、鉄、鋼あるいはこれらの合金などのよう
に比較的融点の低い金属で形成されており、本実施例で
はSS材（一般構造用圧延鋼材）が使用されている。ま
た、これら固定ゲート15およびスライドゲート17の内部
には、それぞれ出湯口16および調節孔20を取り囲むよう
にして冷却通路としてのウオータジャケット22,23が形
成されている。

固定ゲート15のウオータジャケット22は、流入口24か
ら導入した冷却媒体、たとえば水を第３図の破線矢印で
示すように、出湯口16の回りを循環させて流出口25から
排出させるようになっている。なお、26は仕切板、27は
冷却水の迂回案内板である。

スライドゲート17のウオータジャケット23は、導入口
28から導入した冷却液、たとえば水を第３図の実線矢印
で示すように、調節孔20の回りを循環させて導出口29か
ら流出させるようになっている。

次に、上記の構成による実施例の作用について説明す
る。

炉内溶融物Ａの出湯方法としては、出湯にともなって
炉内に原料を追装しながら原料の溶融と出湯とを連続し
て行なう方法と、炉内への原料供給を停止しておいて出
湯する方法（いずれの場合でも電極5,5への通電を継続
して溶融物Ａの温度を維持している）とあるが、ここで
は炉内への原料供給を停止しておいて出湯する場合につ
いて説明する。

炉内にロックウールの主原料および副原料を所定量収
容してこのロックウール主原料および副原料を電極5,5
への通電により溶融する。なお、ロックウール溶融物の
炉内温度1450〜1600℃程度である。

一方、固定ゲート15およびスライドゲート17には、そ
れぞれウオータジャケット22,23に水を流し、これら固
定ゲート15およびスライドゲート17を水冷する。

固定ゲート15においては流入口24より水を供給して流
出口25から排出さすることにより、出湯口16の回りを水
で循環冷却し、またスライドゲート17においては導入口
28より水を導入して導出口29から流出させることにより
調節孔20の回りを水で循環冷却する。これにより、これ
ら固定ゲート15およびスライドゲート17のロックウール
溶融物Ａと接する面が低い温度に維持される。前記スラ
イドゲート17は、出湯開始前にその調節孔20が固定ゲー
ト15の出湯口16よりも下にくる位置、すなわち出湯口16
を完全に閉塞する位置に下降されており、出湯開始時に
上昇される。このスライドゲート17を上昇させて行く
と、その調節孔20が出湯口16と重なる位置にきたときに
出湯口16が開口され、炉内の溶融物Ａが出湯口16から調
節孔20を介して出湯可能になる。そして、出湯開始後
は、炉内溶融物Ａの出湯にともなって前記スライドゲー
ト17を上昇させて調節孔20の位置を変化させ、出湯口16
の開口面積を調節することにより出湯量を常に一定とな
るように制御する。

この出湯量を製綿機の能力に応じて設定される目標値
に制御するには、実際の出湯量を測定し、この測定量が
上記目標値になるように上記出湯口16の開口面積を調節
する。

実際の出湯量は、炉重量測定用ロードセル４により炉
内溶融物Ａを含む炉重量を測定し、出湯にともなう単位
時間当りの炉重量の減少量を求めればよく、この炉重量
の減少量は実際の出湯量に相当するから、単位時間当り
の出湯量を知ることができる。

そして、測定した出湯量が目標値より少ない場合は、
スライドゲート17をさらに上昇させて出湯口16の開口面
積を大きくし、出湯量を増すことにより、測定出湯量が
設定値と同じになるまで制御する。逆に、測定した出湯
量が設定値より多くなった場合は、スライドゲート17を
下降させて出湯口16の開口面積を絞り、出湯量を減少さ
せることにより測定出湯量を設定値に合わせるように調
整する。

このような出湯量の測定およびスライドゲート17の昇
降移動制御により、溶融物の出湯量を常に目標量を保
ち、しかも連続して出湯することができる。

上記実施例の装置では、固定ゲート15およびスライド
ゲート17をともに金属材料で構成したのでロックウール
溶融物と物性が異なり、ロックウール溶融物に接する面
で化学的反応を発生することがない。つまり金属はロッ
クウール溶融物との親和性が良くない（濡れ性が良くな
い）ので固定ゲート15およびスライドゲート17がロック
ウール溶融物によって浸蝕されたり、ロックウール溶融
物が固着するのが少なくなる。

しかも、これら金属材料からなる固定ゲート15および
スライドゲート17は、内部に形成したウオータジャケッ
ト22,23に冷却水を流して強制冷却されているので、こ
れら固定ゲート15およびスライドゲート17が高温になる
のが防止される。このため、これら固定ゲート15および
スライドゲート17を高価で加工が困難な高融点金属で形
成する必要がなく、安価で加工な容易な低融点金属で構
成することができる。

また、これら固定ゲート15およびスライドゲート17は
金属により形成されしかも水冷却されることにより表面
温度が低く保たれるため、ロックウール溶融物による浸
蝕やロックウール溶融物の固着が効果的に防止される。

すなわち、固定ゲート15のウオータジャケット22に水
を循環して出湯口16の回りを水冷し、またスライドゲー
ト17のウオータジャケット23に水を循環して調節孔20の
回りを水冷するが、この場合、例えば15℃の水を15m/分
の流速でそれぞれウオータジャケット22,23に流すこと
により、これら固定ゲート15およびスライドゲート17の
ロックウール溶融物Ａと接する面を約500℃程度に維持
することができる。

このことから、これら固定ゲート15およびスライドゲ
ート17のロックウール溶融物Ａと接する面に、第４図に
示すように、ロックウール溶融物Ａの凝固物が付着し、
これが固化した層ａが形成され、この付着固化層ａは一
定厚みｔ、たとえば0.5〜2.0mm程度に保たれる。

この原因は定かではないが、金属に近い内部側が上記
のように例えば約500℃程度に維持されることが原因し
ていると推測される。すなわち、このような固化層ａは
その内部の温度勾配が、第４図に示すように極めて大き
く、このため固化層ａの金属に近い内部側と溶融物Ａに
近い外部側では物性が異なるようになる。そして、固化
層ａの溶融物Ａに近い外側の高温部では、その内側との
間で機械的応力が発生して剥離し易く、溶融物Ａの僅か
な流れの乱れによって剥離するが、この剥離した部分に
は直ちに溶融物Ａが付着固化し、このような現象がくり
返されることにより一定厚みｔの付着固化層ａが保たれ
るものと考えられる。

このようなことから、溶融物の出湯作業中に固定ゲー
ト15の出湯口16およびスライドゲート17の調節口20がそ
れぞれ浸蝕されて開口面積が広がったり、逆に表面に凝
固物が付着して開口面積が減じられることが防止され
る。

つまり、スライドゲート17の昇降に拘らず溶融物の流
量が変化するといった不具合がなくなる。したがって、
スライドゲート17におり溶融物の流量を高精度に制御す
ることができることになる。

なお、上記実施例の場合、スライドゲート17の昇降に
より出湯口16の開口面積を変えるものであるから、製綿
機側のラインに異常が生じて出湯を緊急に止めたい場合
や、出湯量を急に変えたい場合には、昇降機構18を操作
してスライドゲート17を緊急に昇降させることができ、
したがってこのような緊急事態にも容易に対処すること
ができる。

そして、上記実施例の場合、炉体１の側壁の外面に取
付けた固定ゲート15の外側にスライドゲート17を着脱可
能に取付けたので、スライドゲート17に損傷や故障が生
じた場合に取り外し作業が容易に行え、また調節孔20の
大きさや形状の異なる他のスライドゲート17と交換した
い場合にもスライドゲート17を容易に脱着することがで
きる。

また、上記実施例では、炉内溶融物Ａの出湯を炉内へ
の原料供給を停止した状態で行なう場合について説明し
たが、出湯にともなって炉内に原料を追装しながら溶融
物Ａを出湯する場合であっても実施可能である。

さらにまた、上記実施例では、炉重量測定用ロードセ
ル４の測定値に基づいてスライドゲート17を昇降させる
ようにしているが、このロードセル４の代わりに、第１
図に鎖線で示すように、炉内に炉内溶融物Ａの浴面高さ
を測定するレベル計30を設け、このレベル計30で測定し
た浴面高さの変化割合に応じてスライドゲート17を昇降
させるようにしてもよい。

また、上記実施例ではスライドゲート17の上下移動に
より出湯口16の開口面積を変化させるものについて説明
したが、本発明はスライドゲートの昇降移動により実質
的に出湯口の高さを調整するものであってもよい。この
ようなものとして本出願人は既に特願昭62−328112号に
より提案してあり、これについて第５図および第６図に
もとづき簡単に説明する。なお、第５図および第６図
中、第１の実施例の構成と同一であってよいものは同一
番号を付してその説明を省略する。

第５図および第６図に示す第２の実施例では、炉体側
壁に形成した排出ノズル40および固定ゲート15の出湯口
41をそれぞれ縦長の開口とし、スライドゲート17に形成
した孔42を例えば真円にしてある。上記固定ゲート14お
よびスライドゲート17を比較的低融点の金属材料により
形成し、出湯口41および孔42の回りに図示しないウオー
タジャケットを形成する点は前記第１の実施例と同様で
ある。

このものは、炉内溶融物Ａの出湯にともないスライド
ゲート17を昇降させて、このスライドゲート17の孔42の
位置を湯面と常時一定の高さＨに保つようにし、これに
より溶融物Ａの水頭圧（ヘッド）Ｈを一定にして定量出
湯させるようにしたものである。

さらに上記各実施例では、高炉スラグを主原料とする
ロックウール原料を溶融する電気溶融炉について説明し
たが、本発明は、安山岩や玄武岩等の鉱物質のロックウ
ール原料を溶融する電気溶融炉からの定量出湯にも適用
できる。

そしてまた、本発明は冷却媒体として、水のほかに油
や気体を使用するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明した通り本発明によれば、固定ゲートおよび
スライドゲートはそれぞれ金属材料により形成されてい
るので浸蝕が起り難く、またこれら固定ゲートおよびス
ライドゲートは内部に形成した冷却通路に冷却媒体を流
すことにより一定の低温状態に保たれ、したがって比較
的低融点の金属を使っても耐久性を保持することができ
る。そして、出湯口の表面が一定の低温状態に保たれて
いることから、ロックウール溶融物の濡れ性は低く、出
湯口の表面に溶融物が薄い膜状となって付着し、しかし
ながらこの薄膜は成長することなく一定に保たれ、した
がって溶融物の付着による出湯口の閉塞や、浸蝕による
出湯口の拡大が防止される。このため、スライドゲート
により上記出湯口から流出する溶融物の出湯量を高精度
に制御することができる。

さらに、スライドゲートは固定ゲートの外側に脱着可
能に取付けられているから、修理、点検、交換などのた
めにスライドゲートを取り外しおよび取付ける場合、そ
の作業性に優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は電気溶融炉の出湯中の状態の断面図、第２図はゲ
ート部分の断面図、第３図は正面図、第４図は温度勾配
を示す特性図、第５図および第６図は本発明の第２の実
施例を示し、第５図は電気溶融炉の出湯中の状態の断面
図、第６図はゲート部分の正面図である。 １……炉体、４……炉重量測定用ロードセル、５……電
極、14,40……排出ノズル、15……固定ゲート、16,41…
…出湯口、17……スライドゲート、18……昇降機構、20
……調節孔、21……ガイドレール、22,23……ウオータ
ジャケット、24……流入口、25……流出口、28……導入
口、29……導出口、42……孔、Ａ……炉内溶融物、ａ…
…固化層。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロックウール原料の溶融物を収容した電気
   溶融炉の炉体側壁に排出用ノズルを開口し、この排出用
   ノズルから上記ロックウール溶融物を連続して定量出湯
   する装置において、 上記炉体側壁に上記排出用ノズルに連続する出湯口を備
   えた固定ゲートを設けるとともに、この固定ゲートの外
   側に上記出湯口から流出する溶融物の流出量を制御する
   スライドゲートを昇降可能にかつ脱着可能に設け、これ
   ら固定ゲートおよびスライドゲートはそれぞれ金属材料
   により形成されているとともに、内部に冷却媒体が循環
   される冷却通路を備えていることを特徴とするロックウ
   ール溶融物の定量出湯装置。