JP2000130948A - アルミニウムインゴット等の溶解保持炉 - Google Patents

アルミニウムインゴット等の溶解保持炉

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Abstract

(57)【要約】 【課題】溶湯の連続溶解と省エネが可能なアルミニウム
インゴット等の溶解保持炉を提供する。 【解決手段】アルミニウムインゴット等の予熱タワー
と、該予熱タワー直下に設置された状態で、該予熱タワ
ーからアルミニウムインゴット等の供給を受ける溶解用
坩堝炉と、該溶解用坩堝炉に並置された状態で該坩堝炉
から溶湯の連続供給を受ける保持用坩堝炉とを備え、少
なくとも溶解用坩堝炉で使用された後の燃焼排ガスを予
熱タワー内に上記インゴット等との熱交換用に上昇気流
として供給できる構成になっていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウムインゴット
等の溶解保持炉、詳しくはアルミニウムインゴット等を
予熱する予熱タワーと、アルミニウムインゴット等の溶
解用と保持用の二つの坩堝炉を構成要素として含む溶解
保持炉に関する。本明細書において、‘アルミニウムイ
ンゴット等’とは、アルミニウムインゴット（アルミニ
ウムの鋳塊）に加えアルミニウムリターン材（アルミニ
ウム空き缶、その他アルミニウム廃材）をプレス加工等
により上記インゴットと略々同形状に固めたもの等を含
む意味で用いられている。
【０００２】
【従来の技術】従来、アルミニウムインゴット等の溶解
保持には、集中溶解炉からアルミニウム溶湯を電気等で
加熱の保持専用の手許炉へ取鍋等で運搬し配湯する形式
のもの、溶湯容器の部分を耐火煉瓦で築造した溶解室お
よび保持室を具備する溶解保持兼用の手許炉、その他黒
鉛坩堝炉などが使用されている。
【０００３】黒鉛坩堝炉は円筒形に築炉された炉の中に
１個の黒鉛坩堝を据置し、該黒鉛坩堝を加熱バーナーに
より加熱する構造になっている。黒鉛坩堝へのインゴッ
ト等のチャージにあたっては、坩堝上部から材料を直接
投入している。投入には、坩堝側壁に斜めにインゴット
等が当たると熱膨張によって坩堝を押し割る恐れがある
ことから、坩堝内にインゴット等を装入する場合には、
インゴット等を縦方向に並べて投入するようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、坩堝炉における
アルミニウムの溶解では、インゴット等を坩堝の開口部
から直接投入する方法をとっているから、溶湯には投入
直後、温度降下が生じ、インゴット等がすべて溶融し終
わった時点から溶湯温度は上昇し始める。そして所定の
温度に達したとき汲出しをし鋳造を行う。汲出しによっ
て溶湯量が減少すると再びインゴット等を補給する。こ
のように、坩堝炉は溶解作業と溶湯の取出し作業とを交
互に繰返すバッチ処理となるため、溶湯供給量が一定し
ないこと、溶湯温度の調節が必要であるため少量の材料
を投入しなければならないこと等の問題がある。また、
インゴット等の材料は予熱なしに冷材の状態で溶湯に補
給されるので、溶湯の温度の変動が大きくなる。
【０００５】また、集中溶解炉の場合は常時多量の溶解
量を確保する必要があり、材料が多様化してきたアルミ
材料の溶解には使用し難いこと、配湯工程において溶湯
温度低下が避けられず低下分を見込み出湯温度を高くす
る必要がある等、少量多種生産には適さない。また集中
溶解炉のメンテナンスを行うさい、溶湯の確保ができず
生産調整が困難となる等の間題がある。
【０００６】さらに、炉壁をれんが等で築造した溶湯容
器からなる溶解保持兼用炉では、溶湯に加熱バーナーの
火炎を直接当てて加熱するので、酸化物の発生や水素ガ
スの吸収等、溶湯汚染の問題があり、鋳造品質に影響す
るとともに、炉壁の蓄熱量が大きく省エネが困難な上、
炉壁れんがの定期的な解体張り替え等のメンテナンスに
要する費用および期間が必要であるという問題がある。
【０００７】本発明は、上記従来の問題点を一掃し、溶
湯の連続溶解と省エネが可能なアルミニウムインゴット
等の溶解保持炉を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
インゴット等の予熱タワーと、該予熱タワー直下に設置
された状態で、該予熱タワーからアルミニウムインゴッ
ト等の供給を受ける溶解用坩堝炉と、該溶解用坩堝炉に
並置された状態で該坩堝炉から溶湯の連続供給を受ける
保持用坩堝炉とを備え、少なくとも溶解用坩堝炉で使用
された後の燃焼排ガスを予熱タワー内に上記インゴット
等との熱交換用に上昇気流として供給できる構成になっ
ていることを特徴とするアルミニウムインゴット等の溶
解保持炉に係る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態を添付
図面に基づき説明する。図１に本発明溶解保持炉Ａ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ａの予熱タワー１と、該予熱タワー１の直
下に設置された溶解用坩堝炉２と、該坩堝炉２に並置し
た保持用坩堝炉３とを主構成要素として備えてる。
【００１０】溶解用坩堝炉２は第１炉本体４と該炉本体
４内に第１坩堝台５を介し設置された溶解用坩堝６を備
え、該坩堝６の周囲には、第１炉本体４との間に第１周
隙７が形成され、該周隙７は上記炉本体４の側壁下部に
設置の燃焼ガス供給部（図示せず）から供給される燃焼
ガスの上昇通路となる。
【００１１】保持用坩堝炉３は第２炉本体８と該炉本体
内８に第２坩堝台９を介し設置された保持用坩堝１０と
を備え、該坩堝１０の周囲には、第２周隙１１が形成さ
れ、該周隙１１は第２炉本体８の側壁下部に設置の燃焼
ガス供給部（図示せず）から供給される燃焼ガスの上昇
通路となり、その上端側は黒鉛坩堝１０の押さえ蓋１２
により閉じられ、外気から遮断されている。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。
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口５ａ，
９ａを備えていることが好ましい。
【００１２】炉本体８，９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ており、その境界部の側壁
は共用され、共用側壁１３に、第１と第２の周隙７，１
１を連通させるための連通部１４が形成されている。
【００１３】連通部１４は、第２周隙１１の上端側に接
続するように押さえ蓋１２の共用側壁１３側に形成され
た出口開口１４ａと、該出口開口１４ａの上方を覆うよ
うに共用側壁１３に備えられた排気フード１４ｂと、該
フード１４ｂ内に開口するように共用側壁１３に形成さ
れた入り口開口１４ｃとを備え、出口開口１４ａから上
方へ流出する、第２周隙１１からの燃焼排ガスを排気フ
ード１４ｂにより集めながら入り口開口１４Ｃを通じ第
１周隙７内に流入させることができる構成になってい
る。
【００１４】溶解用坩堝６と保持用坩堝１０とは、前者
坩堝６の胴部に設けた溢流タイプの排出口１５並びに該
排出口１５に接続する、例えば樋形の移送部１６を介し
接続され、溶湯１７を前者坩堝６内から排出口１５を溢
流させながら移送部１６を経て後者坩堝１０内に連続的
に移送できる構成になっている。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。
【００１５】移送部１６は上記連通部１４の入り口開口
１４ｃ内を通り保持用坩堝１０の液面上方位置まで延出
し、その上方側は、排気フード１４ｂにより覆われてい
る。移送部１６は連通部１４内を流通する燃焼排ガス中
に晒され、燃焼排ガスによる加熱を受け、移送中に於け
る溶湯の温度降下を防止できる構成になっている。
【００１６】保持用坩堝１０は内部が仕切り部１８によ
り温度調節室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、温度調節室１９において溶解坩堝６からの溶湯１
７を受け取る構成になっている。
【００１７】溶湯１７は温度調節室１９内に於いて燃焼
ガスによる加熱を受け、使用温度まで上昇せられ、また
該室１９内で各種の溶湯処理や酸化物等の不純物の沈静
化が図られる。
【００１８】坩堝６，１０からは亀裂等を通じ溶湯が漏
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の下端部と第２炉本体８の側壁下端部
とに、ドレン排出口２２，２３が形成されている。
【００１９】溶解用坩堝炉２の炉本体４は、無蓋有底筒
形を呈していて、上端には筒形の予熱タワー１が２段重
ね状態且つ同心状に設置され、該タワー１の下端は溶解
用坩堝６の上端上方で、該坩堝６内に向けて開口し、該
タワー１を通じアルミニウムインゴット等ａを坩堝６内
に投入できる構成になっている。
【００２０】第１炉本体４内の第１周隙７の上端側は予
熱タワー１内に、溶解用坩堝６の上端と予熱タワー１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。
【００２１】予熱タワー１には、胴部と上端とにインゴ
ット等ａの投入口２５，２６があり、該投入口２５，２
６にはそれぞれ開閉蓋２７，２８が備えられ、上端の開
閉蓋２８には、燃焼排ガスの排気口２９が設けられてい
る。排出口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２５，２
６の開閉は駆動装置を備えた自動開閉機構（図示せず）
により行うことができる。
【００２２】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は第１炉本体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を第１炉本体４
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、即ち第１炉本体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。
【００２３】図１は本発明溶解保持炉の平常運転時の状
況を示し、第１炉本体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を加熱しつつ第１周隙７内を
上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは第１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、上端開閉蓋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
ガスの温度はインゴット等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。
【００２４】一方、第２炉本体８の底部からその内部に
供給された燃焼ガスは保持用坩堝１０を加熱しつつ第２
周隙内を上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは第
２周隙１１の上端部からこれに連通する連通部１４を経
て第１周隙７内に入り先の燃焼排ガスと合流し、この燃
焼排ガスもまた予熱タワー１内のインゴット等ａの予熱
源として有効利用される。また上記燃焼排ガスは連通部
１４の通過中に移送部１６ひいては移送途中の溶湯を加
熱し、該溶湯の温度降下を防止するための加熱源として
も有効利用される。
【００２５】インゴット等ａは、溶解用坩堝６の溶湯１
７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。インゴット等ａは燃焼排ガスとの熱交換により予
熱されているので、冷材を直接溶湯１７内浸漬し溶解す
る場合に比べ溶湯の温度変化を小さくできる。またイン
ゴット等ａは溶解が進むにつれて自重降下し溶湯内に浸
漬して行くので、溶湯内にはインゴット等ａの一部が固
体アルミとして常に存在する。燃焼ガスの熱の一部は固
体アルミの融解熱（６４．８ｃａｌ/ｋｇ）として消費
されるので、溶湯１７の温度はアルミの融点近傍、例え
ば６５０℃付近の温度に略々一定に保持される。
【００２６】溶解用坩堝６内の溶湯１７は、インゴット
等ａの溶解量に見合う量が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の温度調
節室１９内に連続的に移送されて行き、連続的配湯が可
能になる。また溢流による連続的配湯であるので溶解用
坩堝６内は、常に一定量の溶湯１７で満たされる。
【００２７】保持用坩堝１０の温度調節室１９内に流入
した溶湯１７は燃焼ガスの加熱によりアルミの融点近傍
の温度から使用に必要な温度まで加熱上昇され、また温
度調節室１９内で各種溶湯処理や酸化物等の沈静化が図
られる。温度調節室１９内の溶湯１７は仕切り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。
【００２８】本発明の最も重要な点は、従来型の坩堝炉
に予熱タワー１をとりつけたことであり、これによりイ
ンゴット等ａは予熱タワー１の中で坩堝炉から生じる高
温の燃焼排気ガスと熱交換されて高温になり省エネ効果
が促進される。従来、排熱利用については、前記の各種
溶解炉においては以前から採用されていたのであるが、
坩堝炉においては、種々の理由から採用されないでい
た。坩堝炉に熱交換器が取付けられなかった理由のひと
つに、バッチ処理によって溶湯を坩堝開口部から汲出し
をする坩堝炉の構造上および作業上にあったものと考え
られる。坩堝炉では、坩堝を加熱する高温の燃焼排気ガ
スは炉壁と坩堝開口部の隙間から大気にそのまま排出さ
せている。開口部に蓋をして溶解する場合では、炉壁に
脱気口を設け煙突等をとおして、高温の燃焼排気ガスを
利用しないまま排出させている。
【００２９】本発明によるインゴット等の溶解保持炉
は、予熱タワー１と、溶解用および保持用の２つに分け
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内への配湯を連続的に行い溶湯の
汲出しを保持用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
くことができ、溶解用坩堝炉２内で発生する燃焼排ガス
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。保持用坩堝炉３内で発生する燃焼排ガスを溶解用坩
堝炉内に送入できる構成にすることによって、両坩堝炉
２，３内で発生する燃焼排ガスの略々全量を予熱タワー
１での予熱用に有効利用できる。
【００３０】更に、インゴット等ａが溶解用坩堝６内の
溶湯１７内に常時浸漬され、燃焼ガスの熱が浸漬固形ア
ルミの熱融解に消費される構成になっているので、燃焼
ガスによる加熱によっても溶湯１７の温度は殆ど左右さ
れず、変動するのは溶融量のみである。従って保持炉側
への配湯を止めようとするときは、加熱を停止すれば直
ちに流入が止まり、溶湯の生産量の制御が極めて容易で
ある。
【００３１】更にアルミリターン材の中には、鉄部品の
組込みによりリサイクルされずに廃棄される場合があ
る。このようなアルミと鉄が複合したリターン材におい
ては、この発明の炉で溶解すれぱ、先に述べたように低
温溶解であるため溶湯アルミ中に鉄分が溶け込みにく
く、例えば鉄部品は溶解することなく溶解用坩堝６の底
部に沈降するので、鉄の分離が容易になる。
【００３２】更に溶解用坩堝６内は常に一定量の溶湯１
７で満たされることに加え溶湯１７の温度が低い（約６
５０℃）ので、、坩堝の耐久性にとって好条件であり溶
解用坩堝６の寿命を延長でき、特に坩堝６として高熱伝
導性の黒鉛坩堝を用いる場合に好適である。
【００３３】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。
【００３４】
【発明の効果】本発明の溶解保持炉によれば、以下の効
果が得られる。
【００３５】（１）アルミニウムインゴットのみならず
アルミニウム（合金を含む）に鉄部品が組込まれている
場合のごとく、アルミ以外の金属が複合的に含まれる場
合の溶解に適用できる。
【００３６】（２）運続溶解が可能な坩堝型溶解保持炉
である。
【００３７】（３）アルミ溶融温度近傍の一定温度にお
ける低温溶解によって、オバケ（酸化アルミニウム）等
の酸化物の減少、水素ガスの吸収の減少等品質のよい溶
湯が得られること、保持用坩堝炉における温度調節が容
易であること、坩堝の耐久性にとって好条件により寿命
の延長が図れる等種々の利点がある。
【００３８】（４）予熱タワーにより大幅に省エネとな
り、また、炉容量に比して溶解能力が高く、軽量でコン
パクトである。
【００３９】（５）坩堝の交換が容易なので、多品種溶
解に適する。
【００４０】（６）溶解の停止および溶解速度の溶解コ
ントロールは燃焼ガスのみで調整できるので生産調整が
簡単である。
【００４１】（７）大掛かりな定期的の炉修理が不要で
ある。坩堝の交換のみでメンテナンスはきわめて容易に
低コストで行える。
【００４２】（８）燃焼排気ガス温度が低くなるので、
作業環境が改善される。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施形態を概略的に示す縦断面図であ
る。
【符号の説明】 Ａ 本発明溶解保持炉 １ 予熱タワー ２ 溶解用坩堝炉 ３ 保持用坩堝炉 ４ 第１炉本体 ５ 第１坩堝台 ６ 溶解用坩堝 ７ 第１周隙 ８ 第２炉本体 ９ 第２坩堝台 １０ 保持用坩堝 １１ 第２周隙 １２ 押さえ蓋 １３ 共用側壁 １４ 連通部 １４ａ 出口開口 １４ｂ 排気フード １４ｃ 入り口開口 １５ 排出口 １６ 移送部 １７ 溶湯 １８ 仕切り １９ 温度調節室 ２０ くみ出し室 ２１ 連絡口 ２２ ドレン排出口 ２３ ドレン排出口 ２４ 環状空隙 ２５ 側部投入口 ２６ 上部投入口 ２７ 側部開閉蓋 ２８ 上部開閉蓋 ２９ 排気口 ３０ 台車 ３１ ガイドレール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 道夫 東京都渋谷区恵比寿一丁目21番３号 日本 坩堝株式会社内 (72)発明者 佐野 俊昭 東京都渋谷区恵比寿一丁目21番３号 日本 坩堝株式会社内 (72)発明者 畑中 智弘 東京都渋谷区恵比寿一丁目21番３号 日本 坩堝株式会社内 Ｆターム(参考） 4K045 AA01 AA03 AA06 BA03 GA04 GB09 GC01 LA01 RA11 RB14 RB22 4K063 AA04 BA03 CA01 GA02 GA07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アルミニウムインゴット等の予熱タワー
    と、該予熱タワー直下に設置された状態で、該予熱タワ
    ーからアルミニウムインゴット等の供給を受ける溶解用
    坩堝炉と、該溶解用坩堝炉に並置された状態で該坩堝炉
    から溶湯の連続供給を受ける保持用坩堝炉とを備え、少
    なくとも溶解用坩堝炉で使用された後の燃焼排ガスを予
    熱タワー内に上記インゴット等との熱交換用に上昇気流
    として供給できる構成になっていることを特徴とするア
    ルミニウムインゴット等の溶解保持炉。
  2. 【請求項２】予熱タワーは上部および／または胴部にア
    ルミニウムインゴット等の投入口を具備し、該投入口に
    は開閉蓋が備えられ、少なくとも１つの開閉蓋には燃焼
    排ガスの排気口が設けられていることを特徴とする請求
    項１記載の溶解保持炉。
  3. 【請求項３】溶解用坩堝炉の炉壁と保持用坩堝炉の炉壁
    とに、セラミックスファイバ系断熱材からなる内張りが
    施されていることを特徴とする請求項１又は２記載の溶
    解保持炉。
  4. 【請求項４】保持用坩堝炉内の燃焼排ガスを溶解用坩堝
    炉内の燃焼排ガスに合流させながら予熱タワー内に予熱
    源として供給できる構成になっていることを特徴とする
    請求項１〜３のいずれかに記載の溶解保持炉。
  5. 【請求項５】溶解用坩堝炉は坩堝台により支承された溶
    解用黒鉛坩堝を、また保持用坩堝炉は坩堝台に支承され
    た保持用黒鉛坩堝を備えていることを特徴とする請求項
    １〜４のいずれかに記載の溶解保持炉。
  6. 【請求項６】坩堝台が筒状で坩堝台内を燃焼ガスが流通
    できる構成になっていることを特徴とする請求項５記載
    の溶解保持炉。
  7. 【請求項７】予熱タワーは、溶解用坩堝炉上に２段重ね
    に設置された第１位置と、２段重ねの設置位置から横方
    向にスライド移動された第２位置とを選択的に取ること
    がで、第２位置に於いては、溶解用坩堝炉の上端開口を
    残湯くみ出し及び坩堝取り替え等の作業口として開放で
    きるきる構成になっていることを特徴とする請求項１〜
    ６のいずれかに記載の溶解保持炉。
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