JP2002168573A - 金属の溶解方法と該方法に使用される金属塊 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属溶解保持炉の予熱塔への金属塊の充
填方法を改善することにより燃料消費量を大幅に削減す
ることにある。 【解決手段】 投入された金属塊(20)を予熱するため
の予熱塔(2)を有し、続いて予熱された金属塊(20)を溶
解し、この金属溶湯(5)を次工程に供給する金属溶解保
持炉(1)における金属の溶解方法であって、多角錐或い
は多角錐台の金属塊(20)を予熱塔(2)内に充填積層し、
その積層充填体(S)をその底部から順次溶解させていく
と共に熱風が金属塊(20)の間隙(21)を通って上昇するよ
うにした事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属溶解保持炉の
予熱塔に投入される金属塊の充填状態を改善することで
予熱塔内における金属塊の酸化を防止すると共に炉の内
部の放熱を防ぎ、熱効率の向上を図る事が出来、加えて
金属塊の溶解速度の促進を達成できる新規な金属の溶解
方法と該方法に使用される金属塊に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属溶解保持炉(B)は図５に示す
ように、予熱塔(32)にインゴットや異形形状の金属屑(4
0)を投入し、予熱塔(32)の底部に設けた溶解バーナー(3
6)にて金属屑(40)をその底部から順次溶解し、溶湯保持
室(33)に送り込み、溶湯保持室(33)に隣接するウェルの
底部に設置した溶解バーナー(36)で予熱塔(34)から溶湯
(35)を汲み出し、ダイカストマシン(図示せず)に順次溶
湯(35)を供給する。溶解バーナー(36)の火焔(36a)は予
熱塔(32)の底部の金属屑(40)を順次溶解した後、高温排
ガスとなって金属屑(40)の間を通って急速に上昇し、予
熱塔(32)の原料投入口(32a)から大気に放出されてい
た。

【０００３】前記金属屑(40)は主としてスクラップのシ
ュッレダ屑が用いられるため、棒状の物、円板状の物、
星形その他いろんな形状のものが含まれている。そのた
め、予熱塔(32)に投入された金属屑(40)は互いに絡まり
あって充填される事になり、金属屑(40)の間には大小さ
まざまの間隙が形成され、予熱塔(32)に充填された金属
屑(40)の充填密度は低い。その結果、前記溶解バーナー
(36)の燃焼排ガスはさしたる抵抗もなく予熱塔(32)を短
時間で上昇通過し大気放出されてしまう。この大気放出
された燃焼排ガスの温度は高温で、金属屑(40)を十分に
予熱することなく大気放出されてしまうため、金属溶解
保持炉(B)全体の熱効率ははなはだ低下し大きな熱ロス
を余儀なくされていた。

【０００４】また、燃焼排ガスは前述のように予熱塔(3
2)を短時間で上昇通過し完全燃焼する前に不完全燃焼の
まま大気放出されるために燃料の消費量がその分だけ多
くなる。従って、燃料消費量に比例して二酸化炭素の排
出量が増加し環境汚染を倍加させていた。その他、投入
材料として金属屑(40)を使用する場合、予熱塔(32)の充
填密度が低いために溶解速度が遅く作業効率の向上とい
う面でも大きな問題があった。

【０００５】また、金属屑(40)を使用する場合、予熱塔
(32)で金属屑(40)同士が絡まりあって途中でアーチ(又
はブリッジ)を作って落下せず、アーチより下方の金属
屑(40)が溶解されてしまって空洞を形成し、このアーチ
がやがて崩落して溶解室(34)の炉底に衝突し、炉底を傷
めると言うことや、金属屑(40)の鋭い先端が予熱塔(32)
を通過中に内壁に接触して内壁を傷めるというような問
題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
金属溶解保持炉の予熱塔への金属塊の充填方法及び該方
法に使用される金属塊の形状を改善することにより前記
諸問題を一挙に解決することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】「請求項１」は、本発明
方法に関し「投入された金属塊(20)を予熱するための予
熱塔(2)を有し、続いて予熱された金属塊(20)を溶解
し、この金属溶湯(5)を次工程に供給する金属溶解保持
炉(1)における金属の溶解方法であって、多角錐或いは
多角錐台の金属塊(20)を予熱塔(2)内に充填積層し、そ
の積層充填体(S)をその底部から順次溶解させていくと
共に熱風が金属塊(20)の間隙(21)を通って上昇するよう
にした」事を特徴とする。

【０００８】この方法によれば、予熱塔(2)内の充填密
度が高くなるため、金属塊(20)間に生じる間隙(21)が非
常に小さく、底部の金属塊(20)を溶解した高温排ガス
は、狭い間隙(21)を時間をかけてゆっくりと上昇し、そ
の間十分に金属塊(20)を予熱して低温の排ガスとなって
大気放出されることになる。その結果、燃料の使用量は
大幅に削減され熱効率が大幅に向上し、その分だけ二酸
化炭素の排出量が大幅に減少する。さらに、高温排ガス
は時間をかけて予熱塔(2)内を上昇するため完全燃焼
し、大半が二酸化炭素でＣＯ、ＳＯｘ、ＮＯｘ等が減少
し、綺麗な排ガスとして放出される事になる。

【０００９】また、金属塊(20)の形状が多角錐或いは多
角錐台である場合、形状が単純なため予熱塔(2)内で互
いに絡まり合ってアーチを形成するというような事がな
く、予熱塔(2)内をスムーズに降下して円滑な溶解作業
を実現出来るし、肉の薄い角や稜から優先的に溶解して
いくため溶解速度そのものも速くなる。多角錐或いは多
角錐台の角を丸めておけば、予熱塔(2)内を通過中に予
熱塔(2)の内壁を傷める事もない。

【００１０】「請求項２」は、請求項１に記載の金属の
溶解方法に使用される金属塊(20)の一例であって、その
形状が四角錐台であることを特徴とする。このように本
発明の溶解方法に使用される金属塊(20)の形状を四角錐
台とすることで予熱塔(2)内に金属塊(20)を投入した場
合に、金属塊(20)間の間隙(21)は非常に狭くなり高温の
排ガスは金属塊(20)間を通り抜け難くなると共に溶けや
すくなり、請求項１のような作用が得られることにな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施例に従っ
て詳述する。本発明の金属溶解保持炉(1)は、反射式の
炉で、投入された金属塊(20)を予熱するための予熱塔
(2)と、予熱塔(2)の底部に設けられ、溶解バーナー(6)
が設置されている溶解室(10)と、溶解室(10)で溶解され
た金属溶湯(5)が流入し、所定温度に保持される溶湯保
持室(3)と、溶湯保持室(3)に連通し、溶湯(5)を汲み出
すウェル(4)とで構成されている。

【００１２】予熱塔(2)は角筒状のもので下部が溶解室
(10)となっており、溶解室(10)の側壁に溶解バーナー
(6)が設置されている。溶解室(10)の底面は溶湯保持室
(3)に向かって傾斜しており、溶解室(10)で溶解された
溶湯(5)がスムーズに溶湯保持室(3)に流れ込むようにな
っている。予熱塔(2)の上部には投光器(9a)及び受光器
(9b)で構成されたレベルセンシング装置(9)が配設され
ている。

【００１３】溶解室(10)に続く溶湯保持室(3)は、矩形
の空間でその天井部に温度保持バーナー(7)が設置され
ており、溶湯保持室(3)に保持されている溶湯(5)に対し
て上から火炎を放射して溶湯保持室(3)の溶湯(5)を所定
温度に保っている。溶湯保持室(3)内の溶湯(5)の温度は
常時図示しない温度計でセンシングされている。

【００１４】溶湯保持室(3)に隣接するウェル(4)は溶湯
(5)を汲み出すための部分で、溶湯(5)を汲み出すことが
出来るように上面が開口しており且つ連通路(11)を介し
て溶湯保持室(3)に連通しており、常時、溶湯保持室(3)
からウェル(4)に所定温度に保たれた溶湯(5)が供給され
るようになっている。

【００１５】金属溶解保持炉(1)の外部には、材料置き
場から予熱塔(2)の材料投入口(2a)に至る投入パケット
(8)が設置されており、必要に応じて金属塊(20)が投入
バケット(8)にて材料投入口(2a)から予熱塔(2)に投入さ
れるようになっている。

【００１６】本発明方法で使用する金属塊(20)の形状は
多角錘或いは多角錘台で、本実施例では、図３、４から
わかるように角部及び稜部が丸みを帯びた四角錐台であ
る。勿論、金属塊(20)の形状は四角錐台に限られず、三
角錐や四角錐或いは三角錐台などでもよい。この金属塊
(20)の形状を多角錘或いは多角錘台にした理由は、材料
投入口(2a)から予熱塔(2)内に投入バケット(8)で金属塊
(20)を投入した場合、予熱塔(2)内に均一に且つ高密度
で充填することが出来るからである。金属塊(20)の材質
は特に限定されるものではないが、アルミニウム、亜鉛
又は銅等が一般的である。

【００１７】次に前記金属塊(20)を使用した溶解方法に
ついて説明する。溶解材料である金属塊(20)を投入パケ
ット(8)に材料投入口(2a)から予熱塔(2)内に投入するの
であるが、ランダムに投入された金属塊(20)は、かなり
密な状態で予熱塔(2)内に充填される。このとき、金属
塊(20)間の間隙(21)は狭く高温排ガスの通過抵抗は非常
に大きくなる。また、金属塊(20)の形状は前述のように
角部及び稜部が丸みを帯びた多角錘或いは多角錘台(こ
こでは四角錐台)であるから、予熱塔(2)の内壁に金属塊
(20)が接触しても予熱塔(2)の内壁を傷めることが少な
い。投入量は、予熱塔(2)の上部のレベルセンシング装
置(9)にてセンシングされている。

【００１８】予熱塔(2)内の金属塊(20)の積層充填体(S)
は、溶解バーナー(6)の火炎により積層充填体(S)の底部
から順次溶解され、傾斜床面を通って溶湯保持室(3)に
順次流れ込む。この金属塊(20)は角部や稜部が中心部分
に比べて肉が薄いので昇温し易く、この部分から溶けや
すくて積層充填体(S)の底部から順次円滑に且つ迅速に
溶解していく。

【００１９】積層充填体(S)の底部の金属塊(20)を溶解
した高温の燃焼排ガスは、金属塊(20)間の狭い間隙(21)
を通って予熱塔(2)内を時間をかけてゆっくりと上昇し
金属塊(20)を十分に予熱すると共に燃焼排ガス自体はこ
の間に完全燃焼する。そして溶解バーナー(6)から噴出
した火焔に含まれるＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯｘなどは金属塊
(20)間の間隙(21)を通過中に完全に燃焼し、且つ予熱塔
(2)の原料投入口(2a)から排出される排ガスは十分金属
塊(20)を予熱して低温度(従来に比べて２００℃程度の
温度低下が見られた。)になり、且つほぼ二酸化炭素だ
けで、ＮＯｘ、ＳＯｘも非常に少ないきれいなものとな
る。その結果、燃料消費量は大幅に削減され約１６〜３
０％の燃料削減率を達成することができる。

【００２０】また、このような燃焼状態にあっては、炉
内部は還元状態に保たれ且つ予熱塔(2)内をゆっくりと
燃焼排ガスが上昇して予熱塔(2)内を正圧に保つため、
予熱塔(2)を通って外気が炉内に侵入せず、予熱塔(2)内
で予熱されている金属塊(20)の酸化も防止される。

【００２１】（実施例１）金属溶解炉として単位時間当
たりの溶解量が２００kgの１.２トンのホーメル炉を使
用し、本発明に係る金属塊と従来の金属屑との溶解実験
を行った。テスト材の使用量は５０２kgであった。本発
明に係る金属塊の溶解に要した燃料の総カロリーは、
１,５１３,９４４kcal/トンであり、従来の金属屑の場
合は、１,７９８,３３３kcal/トンであり、１５.８％の
燃料削減が実現出来た。

【００２２】（実施例２）金属溶解炉として単位時間当
たりの溶解量が３５０kgの１.５トンのホーメル炉を使
用し、本発明に係る金属塊と従来の金属屑との溶解実験
を行った。テスト材の使用量は４５０kgであった。本発
明に係る金属塊の溶解に要した燃料の総カロリーは、６
２７,０００ｌ/トンであり、従来の金属屑の場合は、８
５０,０００ｌ/トンであり、２６.２％の燃料削減が実
現出来た。

【００２３】（実施例３）金属溶解炉として単位時間当
たりの溶解量が５００kgの２.５トンのホーメル炉を使
用し、本発明に係る金属塊と従来の金属屑との溶解実験
を行った。テスト材の使用量は１,０００kgであった。
本発明に係る金属塊の溶解に要した燃料ガス使用量は、
２５.８６ｍ³であり、従来の金属屑の場合は、８５.０
０ｍ³であり、３０.４％の燃料削減が実現出来た。実施
例から見て炉の規模が大きいほど省エネ効果が高い傾向
にある。

【００２４】

【発明の効果】本発明方法では、多角錐或いは多角錘台
の金属塊を予熱塔内に積層充填しているので、予熱塔内
における金属塊の充填密度が金属屑の場合に比べて格段
に高く、従って金属塊間の間隙が非常に狭くなるために
高温の燃焼排ガスが前記間隙を通って上昇する速度が非
常に遅くなり、予熱塔内の金属塊の予熱を十分に行うこ
とが出来ると同時に排ガス自身も完全燃焼し、その燃料
消費量を大幅に低減させることができる。また、使用さ
れる金属塊は多角錐或いは多角錘台であるため、肉の薄
い角部や稜部から急速に溶け、迅速な溶解作業が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属溶解保持炉の断面図

【図２】図１の平断面図

【図３】本発明に使用される金属塊の積層状態を示す拡
大正面図

【図４】図３の平面図

【図５】従来の金属溶解保持炉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投入された金属塊を予熱するための予熱
   塔を有し、続いて予熱された金属塊を溶解し、この金属
   溶湯を次工程に供給する金属溶解保持炉における金属の
   溶解方法であって、 多角錐或いは多角錐台の金属塊を予熱塔内に充填積層
   し、その積層充填体をその底部から順次溶解させていく
   と共に熱風が金属塊の間隙を通って上昇するようにした
   事を特徴とする金属の溶解方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の金属の溶解方法に使用
   される金属塊であって、その形状が、四角錐台であるこ
   とを特徴とする金属塊。