JP6305788B2 - Hybrid type metal melting furnace - Google Patents

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Description

本発明は、金属溶解炉に関し、特にバーナーと電気的又は電磁的な加熱手段とを併用したハイブリッド型金属溶解炉に関するものである。   The present invention relates to a metal melting furnace, and more particularly to a hybrid type metal melting furnace in which a burner and an electric or electromagnetic heating means are used in combination.

昨今、金属溶解の分野でも、地球環境保護の観点から二酸化炭素の排出量を低減することが求められている。また、電力による鋳鉄の溶解工程で電力使用量を抑制又は低減する新工法の開発が求められている。このような背景から、金属材料にバーナー火炎を直接噴射する連続溶解システムも提案されているが、かかるシステムは同一の溶湯を大量使用する大規模工場への設置を想定したものであり、多材質少量で操業する中小規模の鋳物工場への導入には難がある。他方で、「少量多材質」の操業形態に対応すべく、高周波／中周波／低周波の誘導電流を利用したバッチ方式の金属溶解炉を導入する動きもある。しかし、世界情勢その他の不安定化により電力価格が高騰する傾向にあることから、１００％電力に依存しない高効率の溶解技術も求められている。   Recently, in the field of metal dissolution, it is required to reduce carbon dioxide emissions from the viewpoint of protecting the global environment. Moreover, development of the new construction method which suppresses or reduces electric power consumption in the melting process of cast iron by electric power is calculated | required. Against this background, a continuous melting system that directly injects a burner flame onto a metal material has also been proposed, but this system is intended for installation in a large-scale factory that uses a large amount of the same molten metal. There are difficulties in introducing it into small and medium-sized foundries that operate in small quantities. On the other hand, there is a movement to introduce a batch-type metal melting furnace using induction current of high frequency / medium frequency / low frequency in order to cope with the operation mode of “small amount of many materials”. However, since electricity prices tend to soar due to the global situation and other instability, there is a need for highly efficient melting technology that does not depend on 100% electricity.

このようなトレンド、つまり、二酸化炭素排出抑制、低電力、少量多材質への対応、高効率を指向する時流にあって、これらの要求に柔軟に対応できる可能性を秘めた溶解炉として、ハイブリッド型金属溶解炉が注目されつつある。かかるハイブリッド型金属溶解炉の例としては、特許文献１（特開２０１１−１１７６４０号）及び特許文献２（特開２０１３−１８５７１９号）の金属溶解炉があげられる。例えば特許文献１は、空気を支燃ガス（助燃ガス）として用いるバーナー（２２０）と、坩堝内部のアルミ溶湯を保温するための電気ヒーター（１８０）とを併用した金属溶解炉を開示する。また、特許文献２は、酸素を支燃ガス（助燃ガス）として用いるバーナー（２３）と、坩堝内の金属に誘導電流を生じさせて加熱する誘導加熱手段（１４）とを併用した金属溶解炉を開示する。   As a melting furnace that has the potential to respond flexibly to these demands, such as the trend of carbon dioxide emission suppression, low power, compatibility with small quantities of many materials, and high efficiency, it is possible to flexibly meet these demands. Mold metal melting furnaces are attracting attention. Examples of such hybrid type metal melting furnaces include the metal melting furnaces of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-117640) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-185719). For example, Patent Document 1 discloses a metal melting furnace that uses a burner (220) that uses air as a supporting gas (supporting gas) and an electric heater (180) for keeping the molten aluminum inside the crucible. Patent Document 2 discloses a metal melting furnace using both a burner (23) that uses oxygen as a supporting gas (supporting gas) and induction heating means (14) that heats the metal in the crucible by generating an induction current. Is disclosed.

従来のハイブリッド型金属溶解炉では、溶解炉（より具体的には坩堝）の大きさや容量に合わせて１基又は複数基のバーナーが採用される。しかしながら、従来のバーナーは固定的であり、しかもバーナーの配置は、坩堝の中心軸線と平行な配置（つまり鉛直線に沿った直立的な配置）であった。このため、坩堝の内部においてバーナー火炎の届かない部位又は領域が比較的広く存在し、その結果、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着したまま残存するという不都合を生じることがあった。なお、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着することあるいは付着した状態を、俗に「棚吊り」と言う（図６参照）。「棚吊り」は、金属の溶解が不均等であることのネガティブな指標でもある。   In the conventional hybrid type metal melting furnace, one or a plurality of burners are employed according to the size and capacity of the melting furnace (more specifically, crucible). However, the conventional burner is fixed, and the arrangement of the burner is an arrangement parallel to the central axis of the crucible (that is, an upright arrangement along the vertical line). For this reason, there is a relatively wide area or region where the burner flame does not reach inside the crucible, and as a result, there is a problem that undissolved or semi-dissolved metal remains on the inner wall surface of the crucible. It was. The state where undissolved or semi-dissolved metal adheres to or adheres to the inner wall surface of the crucible is commonly referred to as “shelf hanging” (see FIG. 6). “Shelves hanging” is also a negative indicator of uneven metal dissolution.

特開２０１１−１１７６４０号公報JP 2011-117640 A 特開２０１３−１８５７１９号公報JP 2013-185719 A

とりわけ本発明は「棚吊り」を防止することを目的とする。即ち、本発明の目的は、バーナー火炎を坩堝内空間の広い範囲にしかも可能な限り均等に行き渡らせることができるハイブリッド型金属溶解炉を提供することにある。   In particular, an object of the present invention is to prevent “shelf hanging”. That is, an object of the present invention is to provide a hybrid metal melting furnace capable of spreading the burner flame over a wide range of the crucible space and as evenly as possible.

本発明は、被溶解金属を収容すると共に上方に開口した坩堝と、前記坩堝の上方に設けられた炉蓋と、前記炉蓋に支持されると共に前記坩堝内に火炎を噴射可能なバーナーと、前記坩堝内の金属に誘導電流を生じさせて誘導加熱するための誘導加熱手段と、を備えたハイブリッド型金属溶解炉に関するものである。
特に請求項１の発明は、前記炉蓋には、前記坩堝の中心軸線を取り囲むように複数基のバーナーが設けられており、前記複数基のバーナーの各々は、坩堝の平面視において、各バーナーの噴射口の向きが坩堝の径方向に対して水平角θ１（但しθ１は５°〜４５°の範囲）をなすように、且つ、各バーナーでの側面視において、各バーナーの噴射口の向きが鉛直線に対して垂直角θ２（但しθ２は１０°〜４５°の範囲）をなすように、傾斜しており、更に、前記複数基のバーナーのそれぞれが、そのバーナーのすぐ隣に位置する別のバーナーの直下の領域又はその近傍領域に向けて火炎を噴射し得るように、各バーナーの水平角θ１及び垂直角θ２が角度設定されていることを特徴とする。 The present invention includes a crucible containing a metal to be melted and opened upward, a furnace lid provided above the crucible, a burner supported by the furnace lid and capable of injecting a flame into the crucible, The present invention relates to a hybrid type metal melting furnace provided with induction heating means for generating induction current in the metal in the crucible and induction heating.
In particular , in the first aspect of the invention, the furnace lid is provided with a plurality of burners so as to surround the center axis of the crucible, and each of the plurality of burners corresponds to each burner in a plan view of the crucible. The direction of the injection port of each burner in the side view of each burner so that the direction of the injection port forms a horizontal angle θ1 (where θ1 is in the range of 5 ° to 45 ° ) with respect to the radial direction of the crucible Are inclined so as to form a vertical angle θ2 with respect to the vertical line (where θ2 is in the range of 10 ° to 45 ° ), and each of the plurality of burners is located immediately adjacent to the burner. The horizontal angle θ1 and the vertical angle θ2 of each burner are set so that a flame can be injected toward a region immediately below another burner or a region in the vicinity thereof.

本発明によれば、坩堝の中心軸線を取り囲むように複数基のバーナーを設置すると共に、各バーナーの噴射口の向きが、坩堝の径方向に対して水平角θ１（θ１は５°〜４５°の範囲）をなすように、且つ、鉛直線に対して垂直角θ２（θ２は１０°〜４５°の範囲）をなすように、各バーナーを傾斜させている。そして、前記複数基のバーナーのそれぞれが、そのバーナーのすぐ隣に位置する別のバーナーの直下の領域又はその近傍領域に向けて火炎を噴射し得るようになっている。このため、複数基のバーナーから噴射されるバーナー火炎が、坩堝内空間の広い範囲に満遍なく行き渡り、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着したまま残存するという事態が回避される。 According to the present invention, a plurality of burners are installed so as to surround the center axis of the crucible, and the direction of the injection port of each burner is a horizontal angle θ1 (θ1 is 5 ° to 45 ° with respect to the radial direction of the crucible . so as to form a range) of, and, to form a vertical angle .theta.2 (range .theta.2 is 10 ° to 45 °) with respect to the vertical line, it is inclined to the burner. Each of the plurality of burners can inject a flame toward a region immediately below another burner located immediately adjacent to the burner or a region near the region. For this reason, the situation where the burner flame injected from a plurality of burners spreads over the wide range of the crucible inner space and the undissolved or semi-dissolved metal remains on the inner wall surface of the crucible is avoided.

請求項２の発明は、請求項１に記載のハイブリッド型金属溶解炉において、前記炉蓋は、前記坩堝の中心軸線を中心として回転可能に設けられており、駆動手段によって回転駆動されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the hybrid metal melting furnace according to the first aspect, the furnace lid is provided so as to be rotatable about a central axis of the crucible, and is rotated by a driving means. Features.

炉蓋を駆動手段で回転させる構成を採用することにより、炉蓋と共に、炉蓋に支持された複数基のバーナーも、坩堝の中心軸線を中心として回転駆動される。それ故、各バーナーから噴射される火炎柱も坩堝内を循環的に巡回することができ、火炎柱の固定的偏在が無い。従って、複数基のバーナーから噴射されるバーナー火炎が、坩堝内空間の広範囲に満遍なく行き渡り、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着したまま残存するという事態が回避される。   By adopting a configuration in which the furnace lid is rotated by the driving means, a plurality of burners supported by the furnace lid are also driven to rotate about the central axis of the crucible. Therefore, the flame columns injected from each burner can also circulate in the crucible, and there is no fixed uneven distribution of the flame columns. Therefore, a situation in which the burner flames injected from a plurality of burners spread evenly over the crucible inner space and the undissolved or semi-dissolved metal remains on the inner wall surface of the crucible is avoided.

本発明のハイブリッド型金属溶解炉によれば、バーナー火炎を坩堝内空間の広い範囲にしかも可能な限り均等に行き渡らせることができるため、いわゆる「棚吊り」を防止して効率的な金属溶解を実現することができる。   According to the hybrid type metal melting furnace of the present invention, the burner flame can be spread over the wide range of the crucible space as evenly as possible, so that so-called “shelf hanging” is prevented and efficient metal melting is performed. Can be realized.

本発明の第１実施形態に従うハイブリッド型金属溶解炉を模式的に示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows typically the hybrid type metal melting furnace according to 1st Embodiment of this invention. （Ａ）は図１の金属溶解炉におけるバーナーの配置状況を示す概略平面図、（Ｂ）はバーナーの傾斜状況を示す側面図。(A) is a schematic plan view which shows the arrangement | positioning condition of the burner in the metal melting furnace of FIG. 1, (B) is a side view which shows the inclination condition of a burner. 本発明の第２実施形態を示し、（Ａ）はバーナーの配置状況を示す概略平面図、（Ｂ）はバーナーの傾斜状況を示す側面図。The 2nd Embodiment of this invention is shown, (A) is a schematic plan view which shows the arrangement | positioning condition of a burner, (B) is a side view which shows the inclination condition of a burner. 前記第１実施形態の変更例を示し、（Ａ）はバーナーの配置状況を示す概略平面図、（Ｂ）は中央バーナーの直立状況を示す側面図。The modification of the said 1st Embodiment is shown, (A) is a schematic plan view which shows the arrangement | positioning condition of a burner, (B) is a side view which shows the upright situation of a center burner. 本発明の第３実施形態を示し、（Ａ）はハイブリッド型金属溶解炉の概略平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）中のＸ−Ｙ−Ｚ線での概略縦断面図。The 3rd Embodiment of this invention is shown, (A) is a schematic plan view of a hybrid type metal melting furnace, (B) is a schematic longitudinal cross-sectional view in the XYZ line | wire in FIG. 5 (A). 「棚吊り」を説明した断面図。Sectional drawing explaining "shelf hanging".

以下、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, several embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１並びに図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に従うハイブリッド型金属溶解炉を示す。図１に示すように、ハイブリッド型金属溶解炉は少なくとも、被溶解金属および溶湯を収容するための坩堝１０と、その坩堝１０の上方に設けられた炉蓋２０とを備えている。   FIG. 1 and FIGS. 2A and 2B show a hybrid metal melting furnace according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the hybrid metal melting furnace includes at least a crucible 10 for containing a metal to be melted and a molten metal, and a furnace lid 20 provided above the crucible 10.

坩堝１０は、上方に開口した有底円筒形状をなすと共に、坩堝の上端部から側方に向かって突出する注ぎ口１１（図２（Ａ）参照）を有している。坩堝１０のサイズは用途に応じて様々であるが、一般的には、坩堝の直径は例えば２５０ｍｍ〜１３００ｍｍ、坩堝の深さは例えば３００ｍｍ〜２３００ｍｍである。坩堝１０は、例えばアルミナ、シリカ、マグネシア等の耐火材で形成される。   The crucible 10 has a bottomed cylindrical shape opened upward, and has a spout 11 (see FIG. 2A) that protrudes laterally from the upper end of the crucible. The size of the crucible 10 varies depending on the application, but in general, the diameter of the crucible is, for example, 250 mm to 1300 mm, and the depth of the crucible is, for example, 300 mm to 2300 mm. The crucible 10 is formed of a refractory material such as alumina, silica, or magnesia.

坩堝１０には、当該坩堝を包囲するように誘導コイル１２が設けられている。誘導コイル１２は図示しない交流電源と接続されている。その交流電源から供給される交流電流が誘導コイル１２を流れることで、誘導コイル１２の内部領域に高周波、中周波または低周波で連続的に変化する磁界が発生する。その結果、この連続変化する磁界の中に置かれた金属には誘導電流（例えば渦電流）が発生し、電気抵抗に基づくジュール熱が発生する。つまり誘導コイル１２は、坩堝１０内の金属に誘導電流を生じさせて当該金属を誘導加熱するための誘導加熱手段を構成する。本発明では、誘導コイル１２による誘導加熱と、後述するバーナー火炎による加熱との協働によって、原料（被溶解金属）を溶解する。   The crucible 10 is provided with an induction coil 12 so as to surround the crucible. The induction coil 12 is connected to an AC power source (not shown). When an alternating current supplied from the AC power source flows through the induction coil 12, a magnetic field that continuously changes at a high frequency, a medium frequency, or a low frequency is generated in the internal region of the induction coil 12. As a result, an induced current (for example, eddy current) is generated in the metal placed in the continuously changing magnetic field, and Joule heat based on electric resistance is generated. That is, the induction coil 12 constitutes induction heating means for inductively heating the metal by generating an induction current in the metal in the crucible 10. In the present invention, the raw material (melted metal) is melted by the cooperation of induction heating by the induction coil 12 and heating by a burner flame described later.

図１及び図２（Ａ）に示すように、炉蓋２０には、坩堝１０の中心軸線Ｃを取り囲むように３基のバーナー２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが設けられている。これら３基のバーナーはいずれも酸素バーナーであり、第１のガスボンベ（図示略）から燃料ガスの供給を受けると共に第２のガスボンベ（図示略）から支燃ガスの供給を受けて火炎を発生する。燃料ガスとしては、例えばＬＰＧ、ＬＮＧがあげられる。支燃ガスとしては、例えば酸素濃度が２１mass％以上１００mass％以下（より好ましくは酸素濃度が８０mass％以上１００mass％以下）の高酸素濃度の酸素窒素混合ガスがあげられる。   As shown in FIGS. 1 and 2A, the furnace lid 20 is provided with three burners 21A, 21B, and 21C so as to surround the central axis C of the crucible 10. These three burners are all oxygen burners and receive a supply of fuel gas from a first gas cylinder (not shown) and a support gas from a second gas cylinder (not shown) to generate a flame. . Examples of the fuel gas include LPG and LNG. As the combustion support gas, for example, an oxygen-nitrogen mixed gas having a high oxygen concentration with an oxygen concentration of 21 mass% or more and 100 mass% or less (more preferably an oxygen concentration of 80 mass% or more and 100 mass% or less) can be mentioned.

これら３基のバーナー２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、以下に説明するような態様で炉蓋２０に対し傾斜配置されている。即ち、図２（Ａ）に示す坩堝の平面視において、前記中心軸線Ｃを中心とする正三角形の３つの頂点の位置に、バーナー２１Ａ，２１Ｂ及び２１Ｃがそれぞれ配置されている。そして、各バーナーの噴射口の向きが坩堝１０の半径方向Ｒに対して水平角θ１をなすように、各バーナーの向き又は角度が設定されている。本発明において水平角θ１は、好ましくは５°〜４５°、より好ましくは１０°〜４０°、最も好ましくは１５°〜３５°の範囲に設定される。なお、図２中の二点鎖線Ｐは各バーナーの軸線を意味する（図３及び図４でも同じ）。   These three burners 21A, 21B, and 21C are inclined with respect to the furnace lid 20 in the manner described below. That is, in the plan view of the crucible shown in FIG. 2A, the burners 21A, 21B, and 21C are arranged at the positions of the three vertices of the equilateral triangle with the central axis C as the center. The direction or angle of each burner is set so that the direction of the injection port of each burner forms a horizontal angle θ1 with respect to the radial direction R of the crucible 10. In the present invention, the horizontal angle θ1 is preferably set in the range of 5 ° to 45 °, more preferably 10 ° to 40 °, and most preferably 15 ° to 35 °. 2 represents the axis of each burner (the same applies to FIGS. 3 and 4).

図２（Ｂ）は、バーナー２１Ａ，２１Ｂ又は２１Ｃのバーナー軸線Ｐを包含する鉛直面に沿った断面位置を横から見た側面図である。図２（Ｂ）に示す各バーナーでの側面視において、各バーナーの噴射口の向きが鉛直線Ｖ（つまり地球の中心に向かう線Ｖ）に対して垂直角θ２をなすように、各バーナーの向き又は角度が設定されている。本発明において垂直角θ２は、好ましくは１０°〜４５°、より好ましくは１５°〜４０°、最も好ましくは２０°〜３５°の範囲に設定される。   FIG. 2B is a side view of the cross-sectional position along the vertical plane including the burner axis P of the burner 21A, 21B, or 21C as viewed from the side. In the side view of each burner shown in FIG. 2 (B), the direction of the injection port of each burner forms a vertical angle θ2 with respect to the vertical line V (that is, the line V toward the center of the earth). The direction or angle is set. In the present invention, the vertical angle θ2 is preferably set in the range of 10 ° to 45 °, more preferably 15 ° to 40 °, and most preferably 20 ° to 35 °.

本第１実施形態では、水平角θ１は３０°に設定され、垂直角θ２は約３０°に設定されている。このような角度設定のために、図２（Ａ）及び（Ｂ）が示唆するように、第１のバーナー２１Ａは、第２のバーナー２１Ｂの直下の領域又はその近傍領域に向けて火炎Ｆを噴射し、第２のバーナー２１Ｂは、第３のバーナー２１Ｃの直下の領域又はその近傍領域に向けて火炎Ｆを噴射し、第３のバーナー２１Ｃは、第１のバーナー２１Ａの直下の領域又はその近傍領域に向けて火炎Ｆを噴射する。その結果、３つのバーナーから噴射される３本の火炎柱は、坩堝１０の上から見て、反時計回りの螺旋状に連結される。火炎柱の各々が傾斜していること、及び、３本の火炎柱があたかも互いに連結し合う関係にあることは、火炎柱が単純に直立している従来例の場合に比べて、坩堝１０の内部におけるバーナー火炎群の占有率を拡大する。そのことに加えて、前述の螺旋状につながった一群の火炎柱は、坩堝１０の内部において火炎の渦巻き（スワール）を発生及び増幅する傾向にあり、こうして生じた渦巻きに乗って火炎又は高温度の燃焼ガスが坩堝１０の内周壁面の全体に行き渡る。以上述べたような作用の相乗効果により、本第１実施形態の金属溶解炉では、３基のバーナー２１Ａ，２１Ｂ及び２１Ｃから噴射されるバーナー火炎Ｆが、坩堝内空間の広範囲に満遍なく行き渡り、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着したまま残存するという事態を回避することができる。   In the first embodiment, the horizontal angle θ1 is set to 30 °, and the vertical angle θ2 is set to about 30 °. For such an angle setting, as suggested in FIGS. 2A and 2B, the first burner 21 </ b> A directs the flame F toward an area immediately below the second burner 21 </ b> B or its vicinity. The second burner 21B injects a flame F toward an area immediately below the third burner 21C or an area near the third burner 21C, and the third burner 21C has an area immediately below the first burner 21A or the area thereof. The flame F is injected toward the vicinity area. As a result, the three flame pillars injected from the three burners are connected in a counterclockwise spiral shape when viewed from above the crucible 10. The fact that each of the flame columns is inclined and that the three flame columns are connected to each other are compared to the conventional example in which the flame columns are simply upright. Increase the share of burner flames inside. In addition, the group of flame pillars connected in a spiral form tend to generate and amplify a flame swirl inside the crucible 10, so that the flame or high temperature rides on the swirl thus generated. The combustion gas reaches the entire inner peripheral wall surface of the crucible 10. Due to the synergistic effect of the operation as described above, in the metal melting furnace of the first embodiment, the burner flames F injected from the three burners 21A, 21B and 21C are spread evenly over the wide space in the crucible, It is possible to avoid a situation in which the undissolved or semi-dissolved metal remains on the inner wall surface.

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２実施形態を示す。
図３（Ａ）に示すように、炉蓋２０には、坩堝１０の中心軸線Ｃを取り囲むように４基のバーナー２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが設けられている。これら４基のバーナーは、第１実施形態と同じく酸素バーナーであり、以下に説明するような態様で炉蓋２０に対し傾斜配置されている。即ち、図３（Ａ）に示す坩堝の平面視において、前記中心軸線Ｃを中心とする正方形の４つの頂点の位置に、バーナー２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び２２Ｄがそれぞれ配置されている。そして、各バーナーの噴射口の向きが坩堝１０の半径方向Ｒに対して水平角θ１をなすように、各バーナーの向き又は角度が設定されている。本発明において水平角θ１は、好ましくは５°〜４５°、より好ましくは１０°〜４０°、最も好ましくは１５°〜３５°の範囲に設定される。 3A and 3B show a second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3A, the furnace lid 20 is provided with four burners 22A, 22B, 22C, and 22D so as to surround the central axis C of the crucible 10. These four burners are oxygen burners as in the first embodiment, and are inclined with respect to the furnace lid 20 in the manner described below. That is, in the plan view of the crucible shown in FIG. 3A, the burners 22A, 22B, 22C and 22D are arranged at the positions of the four apexes of the square centering on the central axis C. The direction or angle of each burner is set so that the direction of the injection port of each burner forms a horizontal angle θ1 with respect to the radial direction R of the crucible 10. In the present invention, the horizontal angle θ1 is preferably set in the range of 5 ° to 45 °, more preferably 10 ° to 40 °, and most preferably 15 ° to 35 °.

図３（Ｂ）は、バーナー２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ又は２２Ｄのバーナー軸線Ｐを包含する鉛直面に沿った断面位置を横から見た側面図である。図３（Ｂ）に示す各バーナーでの側面視において、各バーナーの噴射口の向きが鉛直線Ｖに対して垂直角θ２をなすように、各バーナーの向き又は角度が設定されている。本発明において垂直角θ２は、好ましくは１０°〜４５°、より好ましくは１５°〜４０°、最も好ましくは２０°〜３５°の範囲に設定される。   FIG. 3B is a side view of the cross-sectional position along the vertical plane including the burner axis P of the burner 22A, 22B, 22C, or 22D as viewed from the side. In the side view of each burner shown in FIG. 3B, the direction or angle of each burner is set so that the direction of the injection port of each burner forms a vertical angle θ2 with respect to the vertical line V. In the present invention, the vertical angle θ2 is preferably set in the range of 10 ° to 45 °, more preferably 15 ° to 40 °, and most preferably 20 ° to 35 °.

本第２実施形態では、水平角θ１は約３５°に設定され、垂直角θ２は約３０°に設定されている。このような角度設定のために、図３（Ａ）及び（Ｂ）が示唆するように、第１のバーナー２２Ａは、第２のバーナー２２Ｂの直下の領域よりも少しだけ中心軸線Ｃ側に寄った隣接領域に向けて火炎Ｆを噴射し、第２のバーナー２２Ｂは、第３のバーナー２２Ｃの直下の領域よりも少しだけ中心軸線Ｃ側に寄った隣接領域に向けて火炎Ｆを噴射し、第３のバーナー２２Ｃは、第４のバーナー２２Ｄの直下の領域よりも少しだけ中心軸線Ｃ側に寄った隣接領域に向けて火炎Ｆを噴射し、第４のバーナー２２Ｄは、第１のバーナー２２Ａの直下の領域よりも少しだけ中心軸線Ｃ側に寄った隣接領域に向けて火炎Ｆを噴射する。その結果、４つのバーナーから噴射される４本の火炎柱は、坩堝１０の上から見て、反時計回りの螺旋状に連結される。火炎柱の各々が傾斜していること、及び、４本の火炎柱があたかも互いに連結し合う関係にあることは、火炎柱が単純に直立している従来例の場合に比べて、坩堝１０の内部におけるバーナー火炎群の占有率を拡大する。そのことに加えて、前述の螺旋状につながった一群の火炎柱は、坩堝１０の内部において火炎の渦巻き（スワール）を発生及び増幅する傾向にあり、こうして生じた渦巻きに乗って火炎又は高温度の燃焼ガスが坩堝１０の内周壁面の全体に行き渡る。以上述べたような作用の相乗効果により、本第２実施形態の金属溶解炉では、４基のバーナー２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び２２Ｄから噴射されるバーナー火炎Ｆが、坩堝内空間の広範囲に満遍なく行き渡り、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着したまま残存するという事態を回避することができる。   In the second embodiment, the horizontal angle θ1 is set to about 35 °, and the vertical angle θ2 is set to about 30 °. For such an angle setting, as suggested in FIGS. 3A and 3B, the first burner 22A is slightly closer to the central axis C side than the region immediately below the second burner 22B. The second burner 22B injects the flame F toward the adjacent region slightly closer to the central axis C side than the region immediately below the third burner 22C. The third burner 22C injects the flame F toward an adjacent region slightly closer to the central axis C side than the region immediately below the fourth burner 22D, and the fourth burner 22D The flame F is injected toward an adjacent region that is slightly closer to the central axis C side than the region immediately below. As a result, the four flame columns ejected from the four burners are connected in a counterclockwise spiral shape when viewed from above the crucible 10. The fact that each of the flame columns is inclined and that the four flame columns are connected to each other are compared to the conventional example in which the flame columns are simply upright. Increase the share of burner flames inside. In addition, the group of flame pillars connected in a spiral form tend to generate and amplify a flame swirl inside the crucible 10, so that the flame or high temperature rides on the swirl thus generated. The combustion gas reaches the entire inner peripheral wall surface of the crucible 10. Due to the synergistic effect of the operation as described above, in the metal melting furnace of the second embodiment, the burner flames F injected from the four burners 22A, 22B, 22C and 22D are spread evenly over the wide space in the crucible. It is possible to avoid a situation in which undissolved or semi-dissolved metal remains on the inner wall surface of the crucible.

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、上記第１実施形態の変更例を示す。図４の変更例は、第１実施形態の金属溶解炉に対し、第４の酸素バーナーとしての中央バーナー２３を追加したものに相当する。具体的には、炉蓋２０の中心位置に中央バーナー２３が、坩堝の中心軸線Ｃ（及び鉛直線Ｖ）に沿って直立して設けられている。当然のことながら、この中央バーナー２３には水平角θ１という概念が存在せず、中央バーナー２３の垂直角θ２は０°ということになる。図４の変更例によれば、酸素バーナーの数を増やすことで火力を増強することができる。   4A and 4B show a modified example of the first embodiment. The modification of FIG. 4 is equivalent to the addition of a central burner 23 as a fourth oxygen burner to the metal melting furnace of the first embodiment. Specifically, a central burner 23 is provided upright along the central axis C (and vertical line V) of the crucible at the center position of the furnace lid 20. As a matter of course, the central burner 23 does not have the concept of the horizontal angle θ1, and the vertical angle θ2 of the central burner 23 is 0 °. According to the modified example of FIG. 4, the thermal power can be increased by increasing the number of oxygen burners.

なお、上記第２実施形態の金属溶解炉に対し、図４の中央バーナー２３と同様の中央バーナーが第５の酸素バーナーとして追加されてもよい。   Note that a central burner similar to the central burner 23 of FIG. 4 may be added as a fifth oxygen burner to the metal melting furnace of the second embodiment.

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３実施形態を示す。
第３実施形態のハイブリッド型金属溶解炉は、上記第１及び第２実施形態の金属溶解炉と同様に、坩堝１０と、その上方に設けられた炉蓋２０と、炉蓋２０に支持された複数基の酸素バーナー２４と、誘導加熱手段としての誘導コイル１２とを備えている。但し、第３実施形態の金属溶解炉は、炉蓋２０が能動的に回転可能である点で、上記第１及び第２実施形態の金属溶解炉とは異なっている。 5A and 5B show a third embodiment of the present invention.
The hybrid type metal melting furnace of the third embodiment was supported by the crucible 10, the furnace lid 20 provided above the crucible 10, and the furnace lid 20, similarly to the metal melting furnace of the first and second embodiments. A plurality of oxygen burners 24 and an induction coil 12 as induction heating means are provided. However, the metal melting furnace of the third embodiment is different from the metal melting furnaces of the first and second embodiments in that the furnace lid 20 can be actively rotated.

より具体的に説明すると、図５（Ｂ）に示すように、坩堝１０の上端開口部の辺りにはリング状の着座部１４が設けられ、このリング状着座部１４の上に炉蓋２０が、坩堝の中心軸線Ｃを中心として回転可能に設けられている。炉蓋２０は、公知の駆動手段１５と作動連結されており、この駆動手段１５から供給される駆動力によって回転駆動される。駆動手段１５としては、電動モータと減速ギヤ機構との組合せや、電動モータとベルト伝達機構との組合せを例示することができる。   More specifically, as shown in FIG. 5B, a ring-shaped seat 14 is provided around the upper end opening of the crucible 10, and a furnace lid 20 is provided on the ring-shaped seat 14. The crucible is provided so as to be rotatable about the central axis C of the crucible. The furnace lid 20 is operatively connected to a known driving means 15 and is rotationally driven by a driving force supplied from the driving means 15. Examples of the driving means 15 include a combination of an electric motor and a reduction gear mechanism, and a combination of an electric motor and a belt transmission mechanism.

図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、炉蓋２０には坩堝の中心軸線Ｃを取り囲むように３基の酸素バーナー２４が設けられている。３基の酸素バーナー２４は、中心軸線Ｃの周りに等角度間隔（本例では１２０°間隔）で配置されている。また、３基の酸素バーナー２４はいずれも、坩堝の中心軸線Ｃと平行に直立して設けられている。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the furnace lid 20 is provided with three oxygen burners 24 so as to surround the center axis C of the crucible. The three oxygen burners 24 are arranged around the central axis C at equiangular intervals (120 ° intervals in this example). Also, all three oxygen burners 24 are provided upright in parallel with the central axis C of the crucible.

本第３実施形態によれば、炉蓋２０の回転に伴って、３基のバーナー２４から噴射される３本の火炎柱も坩堝１０内を循環的に巡回することができるため、火炎柱の固定的偏在が無い。それ故、３基のバーナー２４から噴射されるバーナー火炎Ｆが、坩堝内空間の広範囲に満遍なく行き渡り、坩堝の内壁面に未溶解又は半溶解の金属が付着したまま残存するという事態を回避することができる。   According to the third embodiment, since the three flame columns injected from the three burners 24 can circulate in the crucible 10 as the furnace lid 20 rotates, There is no fixed uneven distribution. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the burner flame F sprayed from the three burners 24 spreads over the entire crucible space and remains undissolved or semi-dissolved metal on the inner wall surface of the crucible. Can do.

なお、上記第１及び第２実施形態の金属溶解炉における炉蓋２０（複数基の酸素バーナーを傾斜支持したもの）を、上記第３実施形態と同様に、坩堝の中心軸線Ｃを中心として回転可能にすると共に、駆動手段１５によって回転駆動するように構成してもよい。   In addition, the furnace lid 20 (inclined support of a plurality of oxygen burners) in the metal melting furnace of the first and second embodiments is rotated about the central axis C of the crucible as in the third embodiment. It may be configured to be capable of being rotated and driven by the driving means 15.

上記第１、第２及び第３実施形態では、酸素バーナーと誘導加熱手段（１２）とを併用して原料金属を溶解するため、大熱量を確保して溶解時間を短縮することができる。また、金属の溶解完了により酸素バーナーを停止した後でも、誘導加熱手段（１２）によって溶湯の温度を所望の高温度に保持することができる。   In the said 1st, 2nd and 3rd embodiment, since a raw material metal is melt | dissolved together using an oxygen burner and an induction heating means (12), large calorie | heat amount can be ensured and melt | dissolution time can be shortened. In addition, even after the oxygen burner is stopped due to the completion of melting of the metal, the temperature of the molten metal can be maintained at a desired high temperature by the induction heating means (12).

上記第１、第２及び第３実施形態の金属溶解炉は、前述したような作用及び効果に加えて、以下に記すような作用及び効果をも奏する。
各実施形態で用いられるバーナーは、高酸素濃度の支燃ガスを使用する酸素バーナーであるため、火炎温度が高い。また、排気ガスの体積が、空気を支燃ガスとする場合に比べて大幅に低減される（例えば支燃ガスが純酸素の場合、１／５程度に低減可能）。空気を支燃ガスとする場合に比べて、窒素酸化物の排出を大幅に低減することができる。
また、不純物元素除去のための特別な付帯設備（例えば脱ガス装置）を設ける必要が無く、酸素バーナーを使用するだけで不純物元素を効率的に除去することができる（この点については、特許文献２において詳しく論じられているので同文献を参照されたし）。 The metal melting furnaces of the first, second, and third embodiments have the following actions and effects in addition to the actions and effects as described above.
Since the burner used in each embodiment is an oxygen burner that uses a support gas having a high oxygen concentration, the flame temperature is high. Further, the volume of the exhaust gas is greatly reduced as compared with the case where air is used as the combustion supporting gas (for example, when the combustion supporting gas is pure oxygen, it can be reduced to about 1/5). Compared with the case where air is used as a combustion supporting gas, the emission of nitrogen oxides can be greatly reduced.
In addition, it is not necessary to provide special incidental equipment (for example, a degassing device) for removing impurity elements, and the impurity elements can be efficiently removed simply by using an oxygen burner. (Please refer to that document for details).

１０…坩堝
１２…誘導コイル（誘導加熱手段）
１５…駆動手段
２０…炉蓋
２１Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…酸素バーナー
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…酸素バーナー
２４…酸素バーナー
Ｃ…坩堝の中心軸線
Ｐ…バーナー軸線
Ｒ…坩堝の半径方向
Ｖ…鉛直線 10 ... crucible 12 ... induction coil (induction heating means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Drive means 20 ... Furnace lid 21A, 22B, 22C ... Oxygen burner 22A, 22B, 22C, 22D ... Oxygen burner 24 ... Oxygen burner C ... Crucible center axis P ... Burner axis R ... Crucible radial direction V ... Vertical line

Claims (2)

被溶解金属を収容すると共に上方に開口した坩堝と、
前記坩堝の上方に設けられた炉蓋と、
前記炉蓋に支持されると共に前記坩堝内に火炎を噴射可能なバーナーと、
前記坩堝内の金属に誘導電流を生じさせて誘導加熱するための誘導加熱手段と、
を備えたハイブリッド型金属溶解炉において、
前記炉蓋には、前記坩堝の中心軸線を取り囲むように複数基のバーナーが設けられており、
前記複数基のバーナーの各々は、坩堝の平面視において、各バーナーの噴射口の向きが坩堝の径方向に対して水平角θ１（但しθ１は５°〜４５°の範囲）をなすように、且つ、各バーナーでの側面視において、各バーナーの噴射口の向きが鉛直線に対して垂直角θ２（但しθ２は１０°〜４５°の範囲）をなすように、傾斜しており、更に、前記複数基のバーナーのそれぞれが、そのバーナーのすぐ隣に位置する別のバーナーの直下の領域又はその近傍領域に向けて火炎を噴射し得るように、各バーナーの水平角θ１及び垂直角θ２が角度設定されている、ことを特徴とするハイブリッド型金属溶解炉。 A crucible containing the metal to be melted and opening upward;
A furnace lid provided above the crucible;
A burner supported by the furnace lid and capable of injecting flame into the crucible;
Induction heating means for generating induction current in the metal in the crucible and induction heating;
In a hybrid type metal melting furnace equipped with
The furnace lid is provided with a plurality of burners so as to surround the center axis of the crucible,
Each of the plurality of burners has a horizontal angle θ1 (where θ1 is in the range of 5 ° to 45 ° ) with respect to the radial direction of the crucible in a plan view of the crucible, In addition, in the side view of each burner, the direction of the injection port of each burner is inclined so as to form a vertical angle θ2 (where θ2 is in the range of 10 ° to 45 ° ) with respect to the vertical line , The horizontal angle θ1 and the vertical angle θ2 of each burner are such that each of the plurality of burners can inject a flame toward an area immediately below or adjacent to another burner located immediately next to the burner. A hybrid metal melting furnace characterized in that the angle is set . 前記炉蓋は、前記坩堝の中心軸線を中心として回転可能に設けられており、駆動手段によって回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型金属溶解炉。 The hybrid metal melting furnace according to claim 1 , wherein the furnace lid is provided so as to be rotatable about a central axis of the crucible and is driven to rotate by a driving means.
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