JP2002035927A - 溶湯炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐化材の交換の必要を低減させ、溶湯炉の寿
命を向上させることにあり、それと同時に鋳造欠陥の主
要因である溶湯内の水素を脱気することが可能な溶湯炉
の構成を提供する。 【解決手段】 複数の耐化材をモルタルにより目地締め
した保持容器を内接する金属の溶湯炉において、前記保
持容器の少なくとも炉床内に不活性ガスを圧入する手段
を設け、前記保持容器の外側に外装を設け、前記外層を
境に前記不活性ガスを溶湯炉外気に対して実質的に気密
状態となるように構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造の際に用いら
れる金属溶湯を高温保持しておくための溶湯保持炉や、
前記鋳造用合金原料を溶解するための溶湯溶解炉に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶湯炉は溶湯の温度を外部に伝導
させないように、外部を鉄板等の金属製品の外壁で構成
し、その内部に耐化材や断熱材からなる保持容器を設け
る構成のものが殆どであった。耐化材と耐化材どうしの
目地締めの隙間にはモルタル等を所定の厚さで塗布し、
互いを固着させていた。例えば金属溶湯と接する内壁部
分には内部溶湯に対して耐溶損性の高い高アルミナ質の
耐火煉瓦などを用いていた。さらにその内壁の周囲には
耐化材の補助的な役目として断熱性のある煉瓦等を第２
層として設け、その外周に断熱ボードを第３層として設
け、そのさらに周囲に通常ＳＳ材等で製造される外層が
形成されるなど、多層構造を有するものである。

【０００３】しかしながら従来の溶湯炉においては、溶
湯が溶湯炉内壁から外壁に向けて経年とともに含浸して
いくという問題がある。例えば保持容器の炉床を形成す
る多層の耐化材や断熱材を設けても、数年のオーダーで
溶湯は耐化材等に含浸してしまう。特に耐化材どうしの
隙間に塗布したモルタル内およびモルタルと耐化材の隙
間に含浸しやすく、最終的には耐化材から断熱材までの
多層を抜けて最下部の外装にまで溶湯の含浸が進んでし
まう。結果、目地のモルタル内またはモルタルと耐化材
の隙間は溶湯が含浸されているために熱伝導率が非常に
高くなり、かつ外装も熱伝導性が非常に高いため溶湯内
部の熱が保持炉の外壁にまで伝導して外気に放熱してし
まう。外壁では空気の流れがあるため、溶湯炉の外壁全
体がラジエータの役目を果たし、溶湯炉の内部の熱保持
効率が悪化する。さらには規定の溶湯温度をキープする
ためにバーナーが過燃焼状態となり、ガス使用量の増
加、さらには炉内温度が上がるため、酸化反応が促進さ
れて、ますます目地、耐化物へのアルミ浸透を進めるこ
とになる。結果溶湯炉が変形したり、溶湯が外壁をつき
やぶり溶湯漏れをおこす問題があった。

【０００４】特開昭６１−２５２４８６号公報には、円
筒状の金属溶解炉に関して、炉内側内周長さをＬ
（ｍ）、目地間隔をｄ（ｍｍ）とすると、ｄ／Ｌ＜１．
０あるいはｄ／Ｌ＞２．０として構築する金属溶解炉の
炉底耐化材の施工方法が記載されている。これにより熱
膨張による局部損耗をおこさなくなり、結果金属溶解炉
の寿命が延長することが記載されている。また。特開平
８−２８５４７０号公報には耐化材の炉内でのレンガ積
み方法として、２層のレンガ層とし、第１のレンガ層と
第２のレンガ層とを千鳥配置となるように載置互し、所
定の締め付け具によって互いを連結する方法が記載され
ている。さらに、特開昭５１−９５９３５号公報には目
地部に水練りによる塩基性耐火モルタルを用いてレンガ
積みを行い、その後特定速度で加熱し、目地部を強化す
るなどの技術が開示され、このように耐化材と目地との
結合強度のアップに対し、様々な対策が検討されてい
る。

【０００５】しかしながら、前記方法においても目地部
への溶湯の含浸、溶湯との反応による耐化材への溶湯の
浸透は抑制し難く、５〜１０年のスパンで溶湯炉内の耐
化材を入れかえたり、半年〜1年のスパンで耐化材の表
面の酸化物除作業が必要であり、多大な費用が必要であ
る。通常、生産ラインにおいては溶湯炉の予備を設けて
いる所は少なく、耐化材の撤去・施行・乾燥からなる取
替え作業も数十日かかり、ライン全体の作業効率を悪化
させ、かつ製造に大きく影響を与えてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐化材の交
換の必要を低減させ、溶湯炉の寿命を向上させることに
ある。また、それと同時に鋳造欠陥の主要因である溶湯
内の水素を脱気することが可能な溶湯炉の構成を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は溶湯内の水
素がガス気泡、ポロシティ等となり鋳造品内に形成さ
れ、鋳造品が割れや強度低下を起こすことに着目して検
討した結果、溶湯炉内の保持容器の炉床内に不活性ガス
を所定の圧力で圧入すると、耐化材の目地に塗布したモ
ルタル部から不活性ガスが下方から上方に微量に流れ、
耐化材間への溶湯の酸化反応を抑制することを見出し
た。

【０００８】つまり課題を解決するために本発明者等
は、複数の耐化材をモルタルにより目地締めした保持容
器を内接する金属の溶湯炉において、前記保持容器の少
なくとも炉床内に不活性ガスを圧入する手段を設け、前
記保持容器の外側に外装を設け、前記外層を境に前記不
活性ガスを溶湯炉外気に対して実質的に気密状態となる
ように構成するという手段を用いた。炉床内に不活性ガ
スを圧入することで溶湯の含浸を抑制することが可能で
あり、結果溶湯炉の寿命を向上することが可能である。

【０００９】また、前記溶湯炉の内壁の床部にかかる溶
湯の圧力よりも高い圧力となるように床部内に不活性ガ
スを圧入することが望ましい。このようにすることで不
活性ガスが床部から放出され、溶湯内を気泡となって通
る。この際、不活性ガス気泡が水素ガスを拡散させ、除
去する役割を果たし、鋳造欠陥の原因となる水素を脱気
する効果がある。

【００１０】不活性ガスの保持容器の炉床内圧力を一定
にするものでは、溶湯が最も多量に溶湯炉に注湯された
際の保持容器の底部にかかる圧力よりも高い値に設定す
ることが好ましい。また、不活性ガスの保持容器の炉床
内圧力を適宜変更するものとしても良い。不活性ガスを
加圧する手段として、溶湯の床部から湯面までの高さを
測定し、溶湯のヘッド圧に換算し、その値をフィードバ
ックさせて加圧の程度を制御する等の手段を用いること
が好ましい。耐熱材間の溶湯の含浸は、溶湯の床部にか
かる圧力が高いほど含浸しやすい傾向にある。よって、
溶湯炉内の溶湯深さによって変動する床部の圧力に対
し、不活性ガスの圧入の程度も適宜変更できるよう制御
機構を設けることが望ましい。制御する基準としては溶
湯炉全体の重量でもよいし、低部に圧力センサを設けて
もよい。また、溶湯の注入・出湯量を逐次算出してその
値を不活性ガスの制御にフィードバックさせてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて詳細に説明す
る。図１は本発明の１態様を示す溶湯炉１の要部断面図
である。従来の溶湯炉とは異なり、不活性ガスを炉床内
に圧入するための手段が構成されている。不活性ガスは
ガスタンク１０から供給配管８を介して供給され、供給
配管８のガスタンク１０との接続部には開閉自在な弁１
１が備えられている。弁１１と炉床の間には不活性ガス
の供給量を制御するための制御装置９を設けた。制御装
置９は溶湯炉内に給湯された溶湯の量と排出した溶湯の
量を入力する入力手段が備えられている。前記入力手段
に入力する値は溶湯炉の下のロードセル１２により測定
して溶湯量を把握した。制御装置には溶湯炉内１の溶湯
量の変化に対した不活性ガスの供給量が記憶されてお
り、適宜最適な供給量を溶湯炉内に圧入するように設定
されている。供給配管８は溶湯炉内部分において配管側
面部に複数の孔部が設けられており、不活性ガスが前記
孔部から排出されるようになっている。

【００１２】前記供給配管は溶湯炉の外壁６の床部に沿
って配置された断熱材５ｂ部分に設けた。また外壁の側
面に沿っても断熱材５ａおよび５ｃを配置し、炉内の温
度を外部に伝導しないように保温した。断熱材はポーラ
スなもので、かつ供給配管８を配置するための配置溝を
設けるために、加工が容易な材料を選定した。断熱材の
熱伝導率は０．０７５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また断
熱材の高さ方向の寸法は７５ｍｍとした。

【００１３】溶湯炉外壁６はＳＳ材から製造された圧延
鋼板を接合したものである。この外壁６は溶湯炉内と外
気とで実質的に気密状態を保つように一体に接合されて
いる。また、側壁部分までも連続して気密になるように
接合し、外壁６の端部は溶湯炉内で溶湯の湯面が最低と
なる高さにまで一体にして設けた。

【００１４】前記供給配管が備えられた断熱材５ｂの上
方には中間層として断熱煉瓦４を並べ、断熱煉瓦４間は
モルタルで固着した。この断熱煉瓦４は断熱材の補助的
な役割を担うとともに、断熱煉瓦間に溶湯含浸可能部分
を設けることで含浸する許容量を増大させ、炉の寿命を
向上させる働きを持つものである。断熱煉瓦の特性は断
熱性および耐溶損性において、溶湯接触面に用いる耐化
材と断熱材の中間的なものである。断熱煉瓦の熱伝導率
は０．２３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、断熱煉瓦の高さ方向の寸
法は１１５ｍｍとした。

【００１５】溶湯との接触面には耐化材として高アルミ
ナ質煉瓦を並べ、モルタルで固着した。高アルミナ質煉
瓦の熱伝導率は３．９１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。高
アルミナ質煉瓦の高さ方向の寸法は１１５ｍｍとした。
また、高アルミナ質煉瓦と同材質の粉末からなるキャス
ターを用い、高アルミナ質煉瓦と断熱煉瓦、高アルミナ
質煉瓦と断熱材との間を固着するキャスターの層７を形
成した。炉床部において、キャスター層の厚さは４５ｍ
ｍとした。

【００１６】図２に溶湯炉の底部における溶湯接触面か
ら外壁までの温度分布を示す。溶湯の保持温度を７５０
℃とした場合のものである。、耐化材、キャスター層で
は殆ど溶湯温度の断熱の役割は無く、溶湯の侵食を防止
するためのものである。中間層の断熱煉瓦の層で溶湯か
らの熱を約２５０℃ほど低下させることが可能である。
また、断熱材によりさらに４００℃以上を低下させるこ
とが可能であり、外装の近傍では約６０℃の温度とな
る。断熱煉瓦と断熱材の厚さにより断熱効果が異なる
が、断熱層が薄いと上記したように溶湯の含浸許容量が
低下するのである程度の厚さを持たせている。

【００１７】次に供給配管から圧入された不活性ガスの
流れを説明する。供給配管から圧入された不活性ガスは
ポーラスな断熱材の層に充満される。次に断熱煉瓦間や
耐化材の高アルミナ質煉瓦に塗布されたモルタル部、ま
たはモルタル部と耐化材に形成されたアルミ含浸部から
不活性ガスが溶湯炉底部から噴出し、溶湯内部を気泡と
なって昇る。これによりモルタル部およびモルタルと耐
化材の隙間への溶湯の含浸を抑制することが可能であ
る。不活性ガスを効率良く使用するために、外壁の断熱
材に沿って流れ出ることを防止する必要がある。さら
に、不活性ガスが湯面よりも上方の耐化材から噴出して
しまうと溶湯内を不活性ガスが通ることによる脱水素効
果が無くなるため、外壁の端部を溶湯の湯面よりも常に
下になる位置で曲げ、外壁の側面に設けられた断熱材を
分断して不活性ガスの流通を抑制すると共に溶湯内部に
噴出するようにした。これによりモルタル部およびモル
タルと耐化材の隙間への溶湯の含浸を抑制することが可
能であり、炉体の変形も抑えられる。

【００１８】本発明の溶湯炉内にＡＣ４ＣＨ組成のアル
ミ合金溶湯を７５０℃で２時間保持した。溶湯の湯面か
ら底部への深さは５００ｍｍとした。供給配管内にかか
る圧力を１５ｋＰａとなるように制御装置で制御を行っ
た。２時間後の溶湯を採取し、溶湯内部に含まれている
水素量を測定した。その結果、溶湯内の水素量は０．３
０〜０．４０ｃｃ／１００ｇであり、溶湯炉に入れる前
のものより約２０〜３０％程度の水素量の低減が確認で
きた。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、不活
性ガスを溶湯炉の炉床に圧入し、炉床内の内圧を高めて
いるので、溶湯が炉床内に含浸し難いという特有の効果
を奏する。これにより従来よりも溶湯の炉床から外壁ま
で含浸する時間が大幅に伸び、溶湯炉の寿命が向上す
る。また、副次的な効果として、底部から不活性ガスで
あるＡｒやＮ_２が出るので溶湯内を不活性ガスの気泡が
通過し、溶湯内の水素を脱気する効果がある。結果その
後の脱気工程の時間短縮や歩留向上に寄与することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における溶湯炉の一態様を示す断面図で
ある。

【図２】図１の溶湯炉における炉床部の温度分布を示す
図である。

【符号の説明】

１．溶湯炉 ２．溶湯 ３．高アルミナ質煉瓦（耐化
材） ４．耐熱煉瓦（予備耐火材） ５．断熱材 ６．外層
７．キャスター層 ８．供給配管 ９．制御装置 １０．ガスボンベ １
１．弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の耐化材をモルタルにより目地締め
   した保持容器を内接する金属の溶湯炉において、前記保
   持容器の少なくとも炉床内に不活性ガスを圧入する手段
   を設け、前記保持容器の外側に外装を設け、前記外層を
   境に前記不活性ガスを溶湯炉外気に対して実質的に気密
   状態となるように構成されていることを特徴とする溶湯
   炉。
2. 【請求項２】 前記保持容器は底部にかかる溶湯の圧力
   よりも炉床内の方が高い圧力となるように不活性ガスを
   圧入する請求項１に記載の溶湯炉。
3. 【請求項３】 前記溶湯保持炉はアルミニウムまたはア
   ルミニウム合金用の溶湯保持炉であり、かつ前記不活性
   ガスはＡｒまたはＮガスである請求項１または２に記載
   の溶湯炉。