JP2000129366A

JP2000129366A - 非鉄金属の溶解方法およびその方法に使用する装置

Info

Publication number: JP2000129366A
Application number: JP10302727A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takai; 博昭高井; Yasushi Sato; 安司佐藤; Kunio Fujii; 邦夫藤井; Narikazu Tsugawa; 成和津河
Original assignee: MIYAMOTO KOGYOSHO KK; NIPPON SENZAI KK; Chugai Ro Co Ltd; Daido Hoxan Inc
Current assignee: MIYAMOTO KOGYOSHO KK; NIPPON SENZAI KK; Chugai Ro Co Ltd; Daido Hoxan Inc
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-05-09
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: JP3717681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】酸素バーナが有する特性を生かして熱効率を
向上すると共に、ドロスの発生量を低く抑え、さらに、
耐火材の寿命を伸ばすことのできる非鉄金属の溶解方法
を提供することである。【解決手段】本発明は、非鉄金属を酸素バーナで溶か
し、所望の温度の溶湯を得る非鉄金属の溶解方法におい
て、炉本体１の溶解部３の通孔１２内に、酸素バーナ８
のノズル１１を、ノズル１１の先端が溶解部３の内面よ
り外側に配置された状態で設け、さらに、火炎の基部側
に備わる未燃焼反応部分を、溶解部３の通孔１２内に配
置する第一条件と、溶解部３の周方向に、複数本の酸素
バーナ８を間隔を開けて配置し、各酸素バーナ８に首振
り機能を設けてある第二条件と、溶解部３内の燃焼室９
を、酸化または還元雰囲気に選択できる制御と、燃焼室
９に残留するＯ₂濃度、若しくはＣＯ濃度を０〜２％に
保持する制御とを兼ね備えた第三条件と、炉本体１の開
口面積Ｓを、空気バーナ用の炉本体の開口面積に比べ
て、１／４以下にしてある第四条件と、を満たすことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム、
銅、すず、亜鉛、マグネシウムなどの金属元素と、それ
らの合金の非鉄金属を、酸素バーナの火炎で溶解する方
法およびそれに使用する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶解炉の業界では熱効率の向上が求めら
れており、近年、空気バーナの代わりに酸素バーナを熱
源として用いる試みが、実用化に向けて行われている。
酸素バーナを用いる最大の理由は、熱損失の大きな要因
となっている排ガスの発生量が空気バーナに比べて１／
４と、大幅に少ないことである。また、その他の理由の
一つとして、酸素バーナの火炎は高温で、高輻射伝熱に
よる熱伝達が高いことが挙げられる。

【０００３】そこで、空気バーナ用の溶解炉に、酸素バ
ーナを空気バーナの代わりに使用して実験を行ったとこ
ろ、熱効率が思ったほど向上しないだけでなく、溶解炉
の焼損をもたらし、さらには、ドロス（酸化した溶湯）
の発生量が増え、溶解炉として成り立たないという結果
が得られた。このような結果となった原因は、三つ考え
られる。第一の原因は、燃焼によって発生する排ガス量
の割に炉本体の開口面積が大きいので、燃焼室の気圧の
制御が難しく、しかも、燃焼室を、残留ＣＯ濃度および
残留Ｏ₂濃度が０％に近い理想的な雰囲気に制御するこ
とが難しいことである。第二の原因は、高温火炎によっ
て炉本体内の局部高温が起こって耐火材が焼損すること
である。第三の原因は、火炎の基部側、つまりノズルの
近傍部分では、完全燃焼に至っておらず、酸素を多く含
んだ青白い未燃焼反応部分となっており、未反応酸素が
燃焼室に突入して溶解金属を酸化させることである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明のうち請求項１
記載の発明の目的は、酸素バーナが有する特性を生かし
て熱効率を向上すると共に、ドロスの発生量を低く抑
え、さらに、耐火材の寿命を伸ばすことのできる非鉄金
属の溶解方法を提供することである。

【０００５】請求項２および請求項３記載の発明の目的
は、請求項１記載の発明の目的を満足する為に、燃焼室
を、酸素バーナの燃焼に最適な気圧に保持することので
きる非鉄金属溶解炉を提供することである。

【０００６】請求項４および請求項５記載の発明の目的
は、請求項１記載の発明の目的を満足する為に、ノズル
から噴射される火炎の未燃焼反応部分を短くでき、しか
も、火炎自体が安定している酸素バーナを提供すること
である。なお、安定した火炎とは、火炎の全長および未
燃焼反応部分の長さが変化せず、しかも、火炎が断続的
に飛び火した状態とならないものである。

【０００７】ところで、溶解炉は燃焼室の温度や投入す
るインゴットの量に応じて、火炎の出力を変化させる必
要があり、その場合でも燃料や酸素が無駄にならないよ
うに完全燃焼させることが望ましいとされている。請求
項６および請求項７記載の発明の目的は、請求項１記載
の発明の目的を満足する為に、火炎の出力を変えても完
全燃焼させることが容易にできる酸素バーナを提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記
載の発明は、非鉄金属を酸素バーナで溶かし、所望の温
度の溶湯を得る非鉄金属の溶解方法において、炉本体の
溶解部の通孔内に、酸素バーナのノズルを、ノズルの先
端が溶解部の内面より外側に配置された状態で設け、さ
らに、火炎の基部側に備わる未燃焼反応部分を、溶解部
の通孔内に配置する第一条件と、溶解部の周方向に、複
数本の酸素バーナを間隔を開けて配置し、酸素バーナに
首振り機能を設けてある第二条件と、溶解部内の燃焼室
を、酸化または還元雰囲気に選択できる制御と、残留Ｏ
₂濃度、若しくは残留ＣＯ濃度を０〜２％に保つ制御と
を兼ね備えた第三条件と、炉本体の開口面積を、空気バ
ーナ用の炉本体の開口面積に比べて、１／４以下にして
ある第四条件と、を満たすことを特徴とする。

【０００９】未燃焼反応部分とは、火炎の基部側、つま
りノズルの近傍部分に表れる青白い部分のことで、完全
燃焼に至っておらず酸素を多く含んだ状態である。未燃
焼反応部分を溶解部の通孔内に配置したのは、火炎の先
部（完全燃焼している部分）を燃焼室に突入させる為で
ある。

【００１０】本発明に使用する溶解炉は、材料を溶かす
溶解部を備えた炉本体に、酸素バーナを有しているもの
である。炉本体は、溶解部のみから構成され、該溶解部
に材料を溶かす機能と溶湯を溜める機能を兼ね備えた形
態であっても良いし、溶解部に、溶湯を溜める保持部を
連続して設けた形態や、溶解部の上方に予熱部を連続し
て設けて、溶解部に入る材料を予め温めて溶け易くした
形態であっても良い。なお、炉本体が溶解部のみから構
成される場合、本発明は角型や丸型のものにも適用され
る。

【００１１】請求項２記載の発明の非鉄金属用溶解炉
は、炉本体に連通するダクト中にバッファ室を設けると
共に、バッファ室の前後に、排ガスの通過面積を調整す
るダンパーをそれぞれ設け、バッファ室の気圧に基づい
てダンパーの開閉量を決定し、燃焼室の気圧を制御する
ことを特徴とする。開口面積とは、炉本体内と外部とが
連通している箇所の面積を意味する。但し、ダクトに通
じる排気口の面積を除くものとする。

【００１２】炉本体が溶解部上に予熱部を連続して設け
てある形態の溶解炉の場合は、予熱部にダクトを連通し
て設ける。

【００１３】請求項３記載の発明の非鉄金属用溶解炉
は、炉本体に連通するダクトを、上下に分離して設ける
と共に、下側のダクト中に、排ガスの通過面積を調整す
るダンパーを設け、下側のダクトから排ガスを大気に放
出した後に、上側のダクト内に排ガスを吸引して回収す
ることを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明の酸素バーナは、ノズ
ルから噴射される酸素が旋回流となる機能を設け、燃料
用ノズルの先端を酸素用ノズルの先端位置に比べて引っ
込めてあることを特徴とする。

【００１５】請求項５記載の発明の酸素バーナは、バー
ナ本体に、燃料と酸素をまとめて噴射する酸素用ノズル
を複数個設けると共に、酸素の噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ
²以上としてあることを特徴とする。酸素の噴射圧力は
１ｋｇ／ｃｍ²までならば、高くする程、酸素の噴射速
度が速くなり（最高で音速）、攪拌効率が向上するが、
噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ²より高くしても、噴射速度は
音速より速くならないという一般的な原理がある。よっ
て、噴射圧力の下限値は、燃料と酸素の攪拌効率が最も
良好な状態を保持できるという観点から１ｋｇ／ｃｍ²
に設定した。

【００１６】請求項６記載の発明の酸素バーナは、バー
ナ本体へ燃料と酸素を供給する各流路中、またはバーナ
本体内に備わる燃料と酸素を供給する各流路中に、分岐
路を備えると共に、各分岐路に、絞弁と、絞弁に通じる
コックとを有し、酸素用分岐路の一つと燃料用分岐路の
一つとを一組としてまとめることによって、複数の組み
合わせを形成し、各組から得られる火炎の出力を違える
為に、各組の燃料用絞弁とＯ₂用絞弁との開口度を予め
設定してあることを特徴とする。

【００１７】請求項７記載の発明の酸素バーナは、バー
ナ本体へ燃料と酸素を供給する各流路に、供給圧力を変
化させる圧力調整弁を備えていることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の非鉄金属の溶解方法に使
用する溶解炉の第一実施形態を図面に基づいて以下に説
明する。溶解炉は、図１に示すように、高温空間を囲む
耐火断熱材でつくられた炉本体１と、酸素バーナ８を備
えている。炉本体１は、全体として略Ｌ字状に屈曲した
有底筒型であり、材料を溜める予熱部２を直立して設
け、予熱部２の下側に、溶解部３を下向きに傾斜する状
態で連続して設け、溶解部３の下側に、溶解部３から流
れる溶湯が溜まる保持部４を水平に連続して備えたもの
である。

【００１９】予熱部２の上方には、図２及び図４に示す
ように溶解部３で発生する排ガスを通す為のダクト５を
連通して設けると共に、予熱部２とダクト５の間に、水
平方向に開閉する蓋６を介在し、蓋６には、蓋６を閉じ
た状態で予熱部２とダクト５を連通させる為の抜穴７を
設けてある。なお、蓋６を開けた状態で材料を予熱部２
内に投入し、投入後は蓋６を閉じるようにする。

【００２０】溶解部３は図３に示すように、酸素バーナ
８をバランス良く配置して燃焼室９を均一な温度に保持
する為に、図１に示すように、周壁１０の前後面に酸素
バーナ８のノズル１１を突入させる通孔１２を、横手方
向に沿って間隔を開けて且つ前後対称箇所に設けてあ
る。また、図２に示すように、真上に配置された予熱部
２の内周面に対して、ノズル１１の先端位置を引っ込め
て（燃焼室９から遠ざけて）ある。通孔１２は図５
（イ）に示すように、その内面を、通孔１２の中心部を
球の中心とする曲面形状に形成してあり、その通孔１２
内に、該曲面に対応する外周面を備えた球状体１３を、
全方向へ回転可能に収容し、さらに、球状体１３の中央
部に備わる抜孔１４中にノズル１１を保持することによ
って、酸素バーナ８を上下左右に首振りした際に、図５
（ロ）に示すように、球状体１３が通孔１２の内面に沿
って回転して、燃焼室９と外部との気密化が図れるよう
になっている。その気密化を一層向上する為に、ベロー
ズ１５の一端部を、周壁１０の抜孔位置の外周に固着
し、他端部を酸素バーナ本体１６の中間部外周に固着し
てある。球状体１３は、燃焼室９を向いた面に凹部１７
を設けて、該凹部１７の底にノズル１１の先端を合わせ
てある。ところで、酸素バーナ８の首振りを行う場合
は、図１及び図３に示すように、保持部４に設けた覗窓
１８から内部状況を把握することによって、ノズル１１
から噴射される火炎の向きを調整して、材料に当てるよ
うにする。なお、覗窓１８は、溶解部３の密閉性を高め
る為に、ガラス等の透明体で封止してある。

【００２１】保持部４は、図３に示すように、周面に酸
素バーナ８のノズル１１を突入させる貫通孔１９を備
え、そのノズル１１から噴射される火炎で溶湯の温度を
一定温度に保持するようにしてある。なお、図１及び図
３中の符号Ｔは、周面に設けた出湯口を開閉する扉であ
る。

【００２２】ダクト５は図２に示すように、その中間高
さ箇所にバッファ室２０を設けると共に、バッファ室１
７の前後に、内部通路を開閉するダンパー２１を夫々設
けてある。バッファ室２０の気圧に基づいて、二つのダ
ンパー２１の開閉角度を夫々決定し、燃焼室９の気圧が
酸素バーナ８の燃焼に最も適した状態となるようにす
る。具体的に言えば、負圧による熱効率の低下と酸化を
防ぎ、或いは、正圧による熱風の吹き出しを防ぐように
する。また、下側のダンパー２１で大まかな設定を行
い、上側のダンパー２１で微調整を行う。なお、バッフ
ァ室２０の気圧を測定する手段には、例えば気圧計を用
い、気圧計の先部をバッファ室２０内に突入する状態で
設置し、上側のダンパー２１を制御した状態で気圧を測
定する。

【００２３】酸素バーナ８は図６に示すように、同心円
状に三本のパイプ２２，２３，２４を配置してバーナ本
体２５を形成し、バーナ本体２５を上下左右に１５度ほ
ど首振り可能に支持してある（図示、省略）。燃料を中
央のパイプ２２から吐出し、酸素を中央のパイプ２２の
外側のパイプ２３から吐出し、さらに、冷却用空気を最
も外側のパイプ２４から吐出する。酸素用パイプ２３の
流路においては噴射口の手前を螺旋状にして（図示省
略）、酸素が旋回流状に吐出されるように構成し、さら
に、中央のパイプ２２の先端を外側のパイプ２３，２４
の先端位置より引っ込めてある。酸素バーナ８に用いる
酸素は支燃性ガスとしての役割と、ノズル１１を冷却す
る役割を兼備し、常時使用するものである。一方、冷却
用空気は、通常は使用せず、酸素による冷却能力が不十
分になった時にのみ使用するもので、これによってノズ
ル１１の焼損を防ぐ。また、酸素は濃度が７５〜１００
％のものを使用する。

【００２４】酸素バーナ８のバーナ本体２５には図９に
示すように、燃料用流路２６、酸素用流路２７、冷却空
気用流路２８を、それぞれ接続してある。燃料用流路２
６の中間部に一対の分岐路２６ａ，２６ｂを設けると共
に、酸素用流路２７の中間部に一対の分岐路２７ａ，２
７ｂを設け、各分岐路２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ
の基部側に電動で開閉するコック２９ａ，２９ｂ，３０
ａ，３０ｂを設けると共に、先部側に絞弁３１ａ，３１
ｂ，３２ａ，３２ｂを備えている。

【００２５】火炎の出力を段階的に変える為に、燃料用
分岐路２６ａと酸素用分岐路２７ａとを一組にまとめ、
同様に、燃料用分岐路２６ｂと酸素用分岐路２７ｂとを
一組にまとめ、各組の燃料と酸素の供給量を異なる設定
にする。さらに詳しく言えば、一対の燃料用絞弁３１
ａ，３１ｂの開口面積を異なる状態に設定すると共に、
絞弁３１ａから供給される燃料の量に合せて、酸素用絞
弁３２ａの開口面積を設定し、同じく、絞弁３１ｂから
供給される燃料の量に合せて、酸素用絞弁３２ｂの開口
面積を設定する。燃料と酸素の供給割合を調整すれば、
燃焼室を酸化、または還元雰囲気にすること、並びに、
残留Ｏ₂濃度、若しくは残留ＣＯ濃度を０〜２％の範囲
に保つことも思いのままとなる。

【００２６】酸素バーナ８を使用する際には、燃料用コ
ック２９ａと酸素用コック３０ａが開いている場合に
は、燃料用コック２９ｂと酸素用コック３０ｂが閉じた
状態となり、その逆に、燃料用コック２９ａと酸素用コ
ック３０ａが閉じている場合には、燃料用コック２９ｂ
と酸素用コック３０ｂが開いた状態となるように、電動
で開閉させる。燃料用流路２６と酸素用流路２７には、
分岐路よりも基部側にコック３３ａ，３３ｂを設けてあ
る。空気用流路２８には、バーナ本体２５へ通じる本路
２８ａの他に、燃料用流路２６の先端部に通じる枝路２
８ｂを設け、冷却空気を使用する場合には、本路２８ａ
のコック３４ａを開く。なお、岐路２８ｂにコック３４
ｂ、逆止弁３５ａを順次設け、燃料用流路２６の先端部
に逆止弁３５ｂを設けてある。

【００２７】上記した第一実施形態の溶解炉は、保持部
４にも酸素バーナ８を使用しており、保持部４の排ガス
は溶解部３から予熱部２を経て、溶解部３の排ガスと共
に予熱部２中の材料（インゴット）を予熱しながら、抜
孔７を通ってダクト５に排出される。

【００２８】図７は溶解炉の第二実施形態を示すもの
で、ダクト５の構造に特徴を備えたものである。このダ
クト５は、その中間高さ箇所において上下に分離し、そ
の下側部分５ａにダンパー２１を設けたものである。こ
れは、下側部分５ａから排出される排ガスを一旦、大気
中に放出し、その排ガスを上側部分５ｂで吸引するよう
になっており、燃焼室９の気圧に基づいてダンパー２１
の開閉角度を調整して、気圧制御をしている。なお、上
側部分５ｂの下端を傘状に開口して、排ガスを集めやす
くしてある。

【００２９】図１０は、溶解炉の第三実施形態を示すも
ので、バーナ本体２５の構造に特徴を備えたものであ
る。これは、燃料用パイプ２２の外側に、複数本の酸素
用パイプ２３を配置することによって、酸素用ノズル３
６を複数個設け、さらに、空気用パイプ２４を、全ての
酸素用パイプ２３，２３の外側をまとめて取り囲む状態
で配置してある。燃料用パイプ２２の先端部には各酸素
用パイプ２３に通じる連絡路３９を設け、酸素用ノズル
３６から燃料と酸素をまとめて噴射する。なお、酸素の
噴射圧力は１ｋｇ／ｃｍ²以上に設定する。

【００３０】図１１は、溶解炉の第四実施形態を示すも
ので、バーナ本体２５に、燃料、酸素、および冷却空気
を供給する流路２６，２７，２８を夫々備え、各流路２
６，２７，２８に圧力調整弁４０を備え、圧力調整弁４
０によって供給量を調整することを特徴とする。

【００３１】

【実施例】上記した溶解炉について、熱効率の向上およ
びドロスの発生量を低く抑える為に好適な５つの数値設
定を本発明者は見出だした。以下にそれを述べる。

【００３２】第一の数値設定は、酸素バーナ８のノズル
１１に関するものである。酸素バーナ８の構造は以前に
述べた通りで、図８に示すように、酸素用ノズル３６の
先端位置に対して燃料用ノズル３７の先端位置を引っ込
める距離Ｒ、および、燃料用ノズル３７の外周に突設し
た螺旋羽根３８の角度αについて実験を行った。その結
果が表１〜表３である。なお、酸素用ノズルには口径
Ｄ：１０．９ｍｍ、燃料用ノズルには口径Ｅ：６ｍｍの
ものを使用した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】表１〜表３を見ると、評価の総合では角度
αが４５度で、引っ込める距離が９ｍｍの場合と、角度
αが６０度で、距離が６ｍｍ、９ｍｍの場合に、ミキシ
ングおよび安定性が共に良いことが分かる。なお、評価
は全て目視で行われ、ミキシング評価は、未燃焼反応部
分の長さで行い、安定性の評価は、火炎の全長および未
燃焼反応部分の長さが変化するか否か、火炎の飛び火が
あるか否かで行った。

【００３７】第二の数値設定は、ノズル１１の先端を溶
解部３の内面より５０ｍｍ〜３５０ｍｍ外側に設け、未
燃焼反応部分を火炎の全長に対して２０％以下の範囲内
に設けることである。この数値設定を本発明者は経験や
多くの実験結果より見出だした。表４は、その実験結果
の一つを示すものである。

【００３８】

【表４】

【００３９】表４を見ると、数値設定を満たす場合の方
が、満たさない場合よりも、ドロス率が格段に良いこと
がわかる。

【００４０】第三の数値設定は、金属溶解量１ｔ／ｈに
対して、０．３本〜３本の酸素バーナ８を、溶解部３の
周方向に最大火炎径の３倍以上の間隔をおいて配置する
ことである。最大火炎径の３倍以上の間隔を開けて酸素
バーナ８を配置したのは、燃焼室９の局部的な高温を回
避する為である。また、酸素バーナ８の本数を多くする
ほど、燃焼室９はどの部分でも均一な温度になる傾向が
あるが、その反面、酸素バーナ８のコストがかさむこと
となり、温度を均一に保持し、しかも、設備投資費も安
く上げるには、金属溶解量１ｔ／ｈに対して、０．３本
〜３本範囲が妥当であると考えられる。

【００４１】第四の数値設定は、燃焼室９の残留Ｏ₂ 濃
度および残留ＣＯ濃度を０〜２％の範囲内に設定するこ
とである。燃焼室９には、ＣＯとＯ₂ が混在すること
は、ごく微量を除いてありえない。なぜなら、酸素バー
ナ８を使用する際に燃料の供給量に比べてＯ₂ の供給量
が多い場合には、残留Ｏ₂が発生し、逆の場合には、残
留ＣＯが発生するからである。ＣＯやＯ₂が多いことは
熱効率の低下に直結し、何れも２％を越えると、その傾
向が著しくなることから、第四の数値設定は導き出され
た。また、ＣＯが２％を越えると、溶解部３の開口部分
から火が吹き出し、危険であると共に熱効率の低下をも
たらすという理由もある。

【００４２】第五の数値設定は、炉本体１の開口面積Ｓ
を燃料１００００ｋｃａｌ／ｈ当り０．２ｃｍ²〜１０
ｃｍ²となる範囲内に設定すると共に、燃焼室９の気圧
Ｐを、−１２ｍｍＡｑ〜１２ｍｍＡｑの範囲内に設定
し、さらに、開口面積Ｓと気圧Ｐとの関係を、（｜Ｐ｜
＋２）×（Ｓ＋２）＜３６に保つことである。気圧Ｐが
１２ｍｍＡｑを越えると、開口部分から１３．５ｍ／ｓ
で熱風が吹き出し、しかも、開口部分が赤熱するので、
大変危険である。また、−１２ｍＡｑを越えると、外気
が１３．５ｍ／ｓで内部に吹き込んで、燃焼室９中に局
部的に冷たい部分が作られ、熱効率の低下につながる。
また、開口面積は０ｃｍ²にすることが望ましいが、そ
のような構造にすることは、設備費が格段にかさむだけ
でなく、物理的に殆ど不可能であるので、下限を０．２
ｃｍ²に設定した。また、開口面積Ｓの上限を１０ｃｍ
²に設定したのは、この値よりも開口面積が広いと、排
気ガスや外気の出入りが容易となり、且つ、気圧制御が
格段に難しくなるからである。さらに、開口面積Ｓの変
化および燃焼室９の気圧Ｐの変化に対する排ガス量およ
び外気吹込み量についての実験結果が図１２のグラフに
示してある。これは、Ｏ₂濃度が９３％で２０度の準酸
素で燃料を完全燃焼させた場合に、燃焼室から排ガスが
どの程度噴出し、また、外気がどの程度流入するかを表
したものである。

【００４３】

【発明の効果】請求項１記載の発明は以下の効果を有す
る。まず、第一条件では、ドロスの発生量を増加させる
要因となる未燃焼反応部分を通孔内に配置してあるの
で、火炎の先部、つまり、完全燃焼した部分が燃焼室に
突入することとなり、その結果、ドロスの発生量を低く
抑えることができる。また、完全燃焼した高温火炎が、
燃焼室に突入するので、インゴットを効率良く溶かすこ
とができ、熱効率の向上につながる。次に、第二条件で
は、バーナに首振り機能を設けてあるので、火炎が材料
に当たっていない場合には、バーナの角度を変えて火炎
を材料に向けて直接溶かすことができる。また、複数本
の酸素バーナを炉本体の周方向に間隔を開けて設けてあ
るので、溶解部内の燃焼室にバーナがバランス良く配置
された状態となって、燃焼室全体を均一な温度に保持し
やすくなる。これら相乗効果によって、インゴットを効
率良く溶かすことができるようになり、ひいては、熱効
率の向上につながる。第三条件では、酸素と燃料を理想
的な配合割合で燃焼させ、残留ＣＯや残留Ｏ₂が殆ど発
生しなくなることから、熱効率が向上する。また、燃焼
室内が還元雰囲気の場合や、酸化雰囲気の場合であって
残留Ｏ₂が０〜２％の状態では、ドロスの発生量も低く
抑えられる。第四条件では、空気バーナの排ガス量に対
して酸素バーナの排ガス量が１／４であることに対応さ
せて、炉本体の開口面積を、空気バーナ用の炉本体の開
口面積に比べて１／４以下にしてあるので、理想的な燃
焼条件の一つが形成できることとなり、熱効率を向上で
きる。したがって、四つの条件の全てを満たすことによ
って、熱効率を向上でき、しかも、ドロスの発生量を低
く抑えられる。また、複数本の酸素バーナを溶解部の周
方向に間隔を開けてもうけたことと、酸素と燃料とを理
想的な配合割合にしたことから、局部高温を回避でき、
耐火材の寿命を伸ばすこともできる。

【００４４】請求項２記載の非鉄金属用溶解炉は、燃焼
室から離れたバッファ室の気圧に基づいて燃焼室の気圧
を制御するので、火炎出力の変動によって燃焼室の気圧
が瞬間的に増減して元の気圧に戻った場合に、バッファ
室には気圧の変動が伝わらないこととなり、安定した気
圧制御ができることとなる。また、バッファ室の前後に
ダンパをそれぞれ備えているので、燃焼室の気圧を緻密
に制御し、酸素バーナの燃焼に最適な気圧に保持するこ
とが可能となる。

【００４５】請求項３記載の非鉄金属用溶解炉は、炉本
体からの排ガスを大気に放出し、その放出口の上側に備
わるダクト内に排ガスを吸引して回収することによっ
て、炉本体内を酸素バーナの燃焼に最適な気圧に保持す
ることが可能となる。

【００４６】請求項４記載の酸素バーナは次の効果を有
する。酸素に旋回流を与えると共に、燃料用ノズルの先
端を酸素用ノズルの先端位置より引っ込めてあるので、
燃料と旋回流となった酸素とが周りを囲まれた空間内に
突入することとなり、燃料が微粒子化した後に気化され
ると共に、酸素と十分に攪拌混合される。その結果、未
燃焼反応部分が短くなり、しかも、噴流による拌流効果
によって火炎の温度が全長に亘って均一な安定した状態
となる。

【００４７】請求項５記載の酸素バーナは、バーナ本体
に、燃料と酸素をまとめて噴射する酸素用ノズルを複数
個設けてあるので、酸素用ノズルが一つのものに比べ
て、燃料と酸素との攪拌効率が向上し、しかも、酸素の
噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ²以上にしてあるので、酸素が
音速で噴射され、攪拌効率がさらに向上する。その結
果、未燃焼反応部分が短くなり、しかも、噴流による拌
流効果によって火炎の温度が全長に亘って均一な安定し
た状態となる。

【００４８】請求項６記載の酸素バーナは、酸素バーナ
へ燃料と酸素を供給する各流路中に分岐路を備え、各分
岐路に複数の絞弁を夫々備えているので、酸素と燃料の
各供給量を完全燃焼に必要な量に合わせた組み合わせを
予め複数設けておくと共に、各組み合わせから得られる
火炎の出力が相違するように、各絞弁の開口面積を異な
る状態で設定しておけば、完全燃焼させながら火炎の出
力を段階的に変化させることができる。また、各絞弁に
通じるコックを開閉するだけの簡単な方法で火炎の出力
を変えることのできる有用なものである。

【００４９】請求項７記載の酸素バーナは、バーナ本体
へ燃料と酸素を供給する各流路に、供給圧力を変化させ
る圧力調整弁を備えているので、圧力調整弁の供給圧力
を変更するだけで、所望の供給流量を正確に得られるよ
うになり、その結果、完全燃焼に必要な火炎の出力を連
続的に変化させることができる有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非鉄金属用溶解炉の第一実施形態を示
す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明の非鉄金属用溶解炉の第一実施形態の横
断面図である。

【図４】本発明の非鉄金属用溶解炉の第一実施形態の平
面図である。

【図５】（イ）（ロ）ノズルの支持の仕方を示す縦断面図である。

【図６】酸素バーナを示す一部切欠正面図である。

【図７】非鉄金属用溶解炉の第二実施形態を示す断面図
である。

【図８】酸素バーナのノズル部分を拡大した断面図であ
る。

【図９】バーナ本体へ燃料、酸素、および空気を供給す
る流路を示す回路図である。

【図１０】（イ）（ロ）非鉄金属用溶解炉の第三実施形態を示す要部断面図、右
側面図である。

【図１１】非鉄金属用溶解炉の第四実施形態を示す回路
図である。

【図１２】燃焼室の気圧の変化および開口面積の変化に
対する、燃焼室から吹き出す排ガス量および吹込む外気
量を示すグラフである。

【符号の説明】

１炉本体３溶解部８酸素バーナ９燃焼室１１ノズル１２通孔２０バッファ室２１ダンパー２５バーナ本体３６酸素用ノズル３７燃料用ノズル４０圧力調整弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000126115 大同ほくさん株式会社北海道札幌市中央区北３条西１丁目２番地 (72)発明者高井博昭富山県新湊市奈呉の江10−２日本線材株式会社内 (72)発明者佐藤安司富山県富山市奥田新町12番３号株式会社宮本工業所内 (72)発明者藤井邦夫大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号中外炉工業株式会社内 (72)発明者津河成和北海道札幌市中央区北３条西１丁目２番地大同ほくさん株式会社内Ｆターム(参考） 4K001 AA02 AA09 AA24 AA30 AA38 BA22 BA23 DA05 EA11 FA14 GA01 GA03 GA05 GB11 GB12 4K045 AA01 AA03 BA03 DA04 DA05 GA02 GA03 GA04 GB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非鉄金属を酸素バーナで溶かし、所望の
温度の溶湯を得る非鉄金属の溶解方法において、炉本体（１）の溶解部（３）の通孔（１２）内に、酸素
バーナ（８）のノズル（１１）を、ノズル（１１）の先
端が溶解部（３）の内面より外側に配置された状態で設
け、さらに、火炎の基部側に備わる未燃焼反応部分を、
溶解部（３）の通孔（１２）内に配置する第一条件と、溶解部（３）の周方向に、複数本の酸素バーナ（８）を
間隔を開けて配置し、各酸素バーナ（８）に首振り機能
を設けてある第二条件と、溶解部（３）内の燃焼室（９）を、酸化または還元雰囲
気に選択できる制御と、燃焼室（９）に残留するＯ₂濃
度、若しくはＣＯ濃度を０〜２％に保持する制御とを兼
ね備えた第三条件と、炉本体（１）の開口面積（Ｓ）を、空気バーナ用の炉本
体の開口面積に比べて、１／４以下にしてある第四条件
と、を満たすことを特徴とする非鉄金属の溶解方法。
【請求項２】炉本体（１）に連通するダクト（５）中
にバッファ室（２０）を設けると共に、バッファ室（２
０）の前後に、排ガスの通過面積を調整するダンパー
（２１）をそれぞれ設け、バッファ室（２０）の気圧に
基づいてダンパー（２１）の開閉量を決定し、燃焼室
（９）の気圧を制御することを特徴とする非鉄金属用溶
解炉。
【請求項３】炉本体（１）に連通するダクト（５）
を、上下に分離して設けると共に、下側のダクト中に、
排ガスの通過面積を調整するダンパー（２１）を設け、
下側のダクトから排ガスを大気に放出した後に、上側の
ダクト内に排ガスを吸引して回収することを特徴とする
非鉄金属用溶解炉。
【請求項４】ノズル（１１）から噴射される酸素が旋
回流となる機能を設け、燃料用ノズル（３７）の先端を
酸素用ノズル（３６）の先端位置に比べて引っ込めてあ
ることを特徴とする酸素バーナ。
【請求項５】バーナ本体（２５）に、燃料と酸素をま
とめて噴射する酸素用ノズル（３６）を複数個設けると
共に、酸素の噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ²以上としてある
ことを特徴とする酸素バーナ。
【請求項６】バーナ本体（２５）へ燃料と酸素を供給
する各流路中、またはバーナ本体（２５）内に備わる燃
料と酸素を供給する各流路中に、分岐路を備えると共
に、各分岐路に、絞弁と、絞弁に通じるコックとを有
し、酸素用分岐路の一つと燃料用分岐路の一つとを一組
としてまとめることによって、複数の組み合わせを形成
し、各組から得られる火炎の出力を違える為に、各組の
燃料用絞弁とＯ₂用絞弁との開口度を予め設定してある
ことを特徴とする酸素バーナ。
【請求項７】バーナ本体（２５）へ燃料と酸素を供給
する各流路に、供給圧力を変化させる圧力調整弁（４
０）を設けたことを特徴とする酸素バーナ。