JP2008213012A - 溶湯保持炉 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の面燃焼バーナーに比して安価に実施できるうえ、部分的交換・修理が容易であり、しかも汎用性に優れる溶湯保持炉を提供する。
【解決手段】溶湯加熱室(３)の上蓋の下面側に、燃焼加熱装置(７)を備える。燃焼加熱装置(７)は燃焼管(８)と予混合ガス供給管(９)とを備える。燃焼管(８)は、溶湯面(Ｍ)の上方に対向状に配置され、下向きに開口するガス出口孔を管長手方向に列設する。予混合ガス供給管(９)は燃焼管(８)の上流側端に接続する。燃焼管(８)の周面下部に、耐熱金属繊維からなる輻射体(11)を装着し、この輻射体(11)でガス出口孔を覆う。この輻射体(11)により燃焼面を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム合金や亜鉛合金等の溶湯をダイカスト鋳造する前に、所定温度に保持する溶湯保持炉に関する。

この種の溶湯保持炉には、例えば図９に示すように、受湯口(40)を有する受湯室(41)と溶湯加熱室(42)と出湯室(43)との三室から構成され、溶湯加熱室(42)の上蓋(44)の下面側に面燃焼バーナー(45)からなる燃焼加熱装置(46)を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

上記の面燃焼バーナー(45)は、例えば図１０に示すように、綿状の耐熱金属繊維を平面状に押し固めてマット状に形成した輻射体からなる燃焼面(45ａ)と、この燃焼面(45ａ)の背後の予混合ガス室(45ｂ)とから構成してあり、この予混合ガス室(45ｂ)に予混合ガス供給管(47)が接続してある。そして、予混合ガスが予混合ガス供給管(47)から予混合ガス室(45ｂ)に導入されて燃焼面(45ａ)の表面で燃焼され、これにより生じた高温の燃焼排ガスの熱と金属繊維表面からの輻射熱とにより、溶湯加熱室(42)内の溶湯が加熱されて所定の温度に維持される、というものである。

実用新案登録第３１１１３３０号公報

しかしながら、上記の面燃焼バーナー(45)は、燃焼面(45ａ)が溶湯加熱室(42)の大きさに合わせた１枚の輻射体で形成されるため汎用性に乏しいうえ、燃焼面(45ａ)の輻射体には広い面積のマット状金属繊維が必要とされ、製造コストが高くつく。また、上記の燃焼面(45ａ)は、全体が１枚のマット状金属繊維で平面状に形成されたパネル構造の輻射体であるため、その一部分が破損や損傷しても部分的な修理が困難であり、燃焼面(45ａ)全体の交換を余儀なくされるので補修費用が高くつく問題もある。

また、上記面燃焼バーナー(45)では、図１１に示すように、予混合ガス(MG)が広い燃焼面(45ａ)の全面で均等に燃焼するよう、予混合ガス室(45ｂ)内にバッファー(48)を設ける必要があり、この点でも製造コストが高くなる問題がある。

さらに、上記の燃焼面(45ａ)は輻射体を構成する金属繊維の間隔が広いと、溶湯面からの輻射熱が繊維間隙を通過して予混合ガス室(45ｂ)の内面や上記のバッファー(48)を過熱することがあり、燃焼面(45ａ)から予混合ガス室(45ｂ)内へ炎が逆流する現象(いわゆる逆火)を起こす虞がある。このため、この燃焼面(45ａ)には繊維間の目の詰まったマット状金属繊維が必要とされ、例えば、耐熱金属繊維を編み込んだ目の粗いニット状金属繊維に比べて約４倍程度と高価につく問題がある。

本発明の技術的課題は上記の問題点を解消し、安価に実施できるうえ、部分交換・修理が容易で補修費用の低減を図れ、また汎用性にも優れる燃焼加熱装置を備えた、溶湯保持炉を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するため、例えば本発明の実施の形態を示す図１から図８に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち、本発明は溶湯保持炉に関し、受湯口(５)を有する受湯室(２)と溶湯加熱室(３)と出湯室(４)とを備え、かつ、前記受湯室(２)と前記溶湯加熱室(３)間および前記溶湯加熱室(３)と前記出湯室(４)間はそれぞれ連通しているとともに、前記溶湯加熱室(３)の上蓋(６)の下面側に燃焼加熱装置(７)を備えた溶湯保持炉において、前記燃焼加熱装置(７)が、溶湯面(Ｍ)の上方に対向状に配置され、下向きに開口するガス出口孔(10)を管長手方向へ列設した燃焼管(８)と、この燃焼管(８)に接続された予混合ガス供給管(９)とを備え、前記燃焼管(８)の周面下部に耐熱金属繊維からなる輻射体(11)を、前記ガス出口孔(10)を覆う状態に装着して燃焼面を形成していることを特徴とする。

このように構成された溶湯保持炉によれば、予混合ガス供給管から送られてくる予混合ガスが、燃焼管の内部とガス出口孔とを経て燃焼面に供給され燃焼される。この燃焼により耐熱金属繊維表面が赤熱され、高温の燃焼排ガスの熱と燃焼面からの輻射熱とで、溶湯加熱室内の溶湯が加熱されて所定の温度に維持される。

このとき、上記の燃焼管内を流通し各ガス出口孔から噴出される混合ガスは、燃焼管内部の混合ガス流通空間が前記従来技術の予混合ガス室に比べて狭いことから、この混合ガス流通空間内を高速で流れる。この結果、この混合ガスにより燃焼管内部が十分に冷却され、溶湯面からの輻射熱による過熱が防止される。一方、上記の燃焼管の管長手方向に列設されたガス出口孔は、配設間隔や開口径などが所定の寸法に設定されており、上記の混合ガスは燃焼管の全長に亘って各ガス出口孔から略均等に供給される。

上記の燃焼管は、１本または互いに連結した複数本のパイプで構成され、溶湯加熱室の上蓋の下面に沿って、並列や環状など任意の形状に配置される。また上記のガス出口孔を覆う輻射体は、細長い帯状体などに形成されて溶接等により燃焼管に固定される。なおこの輻射体は、燃焼管の全長に亘って１枚の帯状体で構成してもよく、或いは燃焼管よりも短い複数枚で構成して、燃焼管の周面下部へ例えば敷き詰めた状態に装着してもよい。

上記の燃焼管や輻射体の一部が破損し或いは損傷した場合、その破損等した部分のみを取外して新品と交換される。即ち、燃焼管は管状の表面にガス出口孔が形成されておればよく、一部が破損等すると、その破損部分が着脱により交換され、或いは切断・溶接等により交換される。また、上記の輻射体はその周縁部を溶接すること等により燃焼管に装着されており、一部が破損等すると、その破損部分が取外されて、その補修部分に応じた大きさの新しい輻射体が装着される。

上記の輻射体は、目の詰まったマット状のもので構成することも可能であるが、上記の燃焼管の内部は高速で流れる混合ガスにより冷却されるので、金属繊維間の目の粗い輻射体を用いても逆火を防止することができる。即ち、この輻射体は、いわゆるメタルニットなど、耐熱金属繊維を編組または織成した目の粗い金属布で構成することができ、この場合は耐熱金属繊維を積層焼結したメタルファイバーマットに比べ安価に実施できるうえ、柔軟性、可撓性に富んでいるので、燃焼管の周面に装着しやすいという利点がある。

上記の燃焼管は特定の断面形状に限定されないが、断面円形に形成すると、その燃焼管の円周下部に装着された輻射体による燃焼面が断面円弧状に形成され、一つの燃焼管で広角な放射状に加熱することができる。この結果、被加熱面積に対する燃焼面の必要面積が狭くて済み、耐熱金属繊維からなる輻射体の使用量や燃焼管の本数を少なくして安価に実施でき、好ましい。

前記燃焼管は、その周面のうち、前記輻射体が装着されていない部位に断熱部材を配置することができる。この場合は燃焼管の過熱を抑制して逆火や燃焼管表面の熱損を防止できるうえ、この断熱部材により燃焼管を補強することも可能であり、好ましい。

本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。

(１)耐熱金属繊維からなる輻射体として、燃焼管に沿った幅の狭い細片を用いることから、広い面積の１枚のものを用いる必要がなく、しかも燃焼管に付設するため短かい細片を組み合わせて用いることも可能であり、安価に実施することができる。
(２)燃焼管は、内部を流通する予混合ガスで冷却されるうえ、各ガス出口孔の開口面積が狭いことから、前記従来技術の面燃焼バーナーに比べて、混合ガス流通空間内が溶湯面からの輻射熱による影響を受け難く、逆火の発生が良好に防止される。この結果、上記の輻射体は、メタルニット等の目が粗い金属布で構成して安価に実施することができる。
(３)燃焼管に形成されるガス出口孔は、その配置間隔や開口径を設定することにより、燃焼管の全長に亘って略均等に予混合ガスを供給して輻射体の表面で均等に燃焼させることができる。この結果、前記の従来技術で必要とされたバッファーを省略でき、安価に実施することができる。
(４)上記の燃焼加熱装置は、この燃焼管の損傷部分のみを交換したり、輻射体の損傷部分を張り替えたりして、部分的に交換し修理することができ、補修費用の低減を図ることができる。
(５)上記の燃焼管は、互いに接続・離脱することで長さや本数、配置の変更が容易であり、燃焼管の長さや本数を増減したり配置を変更することで、被加熱面である溶湯面の面積が異なる場合にも容易に対応させることができ、汎用性に優れる。

以下、本発明に係る溶湯保持炉の好適な実施形態を図面に基づき説明する。
図１から図３は本発明の第１実施形態を示し、図１は溶湯保持炉の平面図、図２は溶湯保持炉の溶湯加熱室に設置した燃焼加熱装置の模式的斜視図、図３は燃焼加熱装置の燃焼管の断面図である。

図１に示すように、上記の溶湯保持炉(１)は、受湯室(２)と溶湯加熱室(３)および出湯室(４)を備える。受湯室(２)の上部には、図外の溶解炉からのアルミニウム合金や亜鉛合金等の溶湯を受け入れる受湯口(５)を備える。この受湯室(２)の底部は上記の溶湯加熱室(３)の底部と連通しており、この溶湯加熱室(３)の底部は上記出湯室(４)の底部と連通している。

上記の溶湯加熱室(３)は上蓋(６)で塞がれ、上蓋(６)の下面側には燃焼加熱装置(７)を備えている。図２に示すように、この燃焼加熱装置(７)は、溶湯面(Ｍ)の上方に対向状に配置される燃焼管(８)と、この燃焼管(８)の上流側端に接続した予混合ガス供給管(９)とを備える。

図３に示すように、上記の燃焼管(８)は、断面が円形に形成されたステンレス等の耐熱性金属パイプからなり、その両端は閉塞してある。この燃焼管(８)の周面下部には下向きに開口する小径のガス出口孔(10)が管長手方向に所定間隔置きに列設してあり、耐熱金属繊維からなる輻射体(11)がガス出口孔(10)を覆うように装着してある。この輻射体(11)が燃焼面を形成している。なお、この実施形態では３本の燃焼管(８)を用いたが、本発明では、溶湯面(Ｍ)の面積等に応じて１本もしくは２本以上の任意の燃焼管を用いることができ、汎用性に優れる。また、溶湯面(Ｍ)の全面を均等に加熱するように、燃焼管(８)個々の管径やガス出口孔(10)の孔径、ピッチなどを設定して、各ガス出口孔(10)から略均等にガスが供給されるようにしてある。

上記の輻射体(11)は、ニッケル−クロム系鋼等の耐熱金属繊維を撚り合わせた糸で編んだ金属布(メタルニット)で構成してあり、燃焼管(８)の周面に沿わせて配置され外周部が燃焼管(８)の表面に溶着してある。
なおこの輻射体(11)には、耐熱金属繊維を積層焼結したメタルファイバーマットを用いることも可能である。しかし上記のメタルニットは、メタルファイバーマットに比べて目が粗く、耐熱金属繊維の使用量が少ないので安価であるうえ、柔軟性や可撓性に富んでおり、断面円形の燃焼管(８)の周面に沿わせて容易に装着できる点で、好ましい。

図２に示すように、上記の予混合ガス供給管(９)には、上流端に燃料ガス管(12)、燃焼空気ブロア(13)およびミキサ(14)が接続してある。燃料ガス管(12)から送られてくるＬＰＧや天然ガス等の燃料ガス(Ｇ)と、燃焼空気ブロア(13)から送風される燃焼空気(Ａ)とがミキサ(14)により混合されて予混合ガスが作られ、この予混合ガスが上記の予混合ガス供給管(９)から予混合ガス供給用のヘッダー(15)を介して燃焼管(８)に供給される。

上記のヘッダー(15)は前記の上蓋(６)の上側に配置され、Ｌ状接続管(17)と管継手(18)とを介して上記の予混合ガス供給管(９)の下流側端に接続される。このヘッダー(15)から分岐部(19)が下向きに分岐され、各分岐部(19)の下端と各燃焼管(８)の中央部から上向きに突設された垂直部(8a)とが管継手(20)を介して接続してある。
図２に示すように、上記の燃焼管(８)の一端側には点火器(21)が、燃焼管(８)の他端側には炎検出器(22)がそれぞれ設置してある。また、溶湯加熱室(３)には溶湯の温度を検出する温度計(23)が溶湯に浸漬してある。なおこの実施形態ではスパークにより直接点火させる形式の点火器(21)を用いたが、本発明ではこれに代えて、パイロットバーナ等を点火器として用いても良い。

上記構成の溶湯保持炉(１)において、予混合ガス供給管(９)からヘッダー(15)を介して燃焼管(８)に供給される予混合ガスは、ガス出口孔(10)を経て輻射体(11)の燃焼面に供給される。このガス出口孔(10)は、輻射体(11)を介して予混合ガスを溶湯面(Ｍ)の全面に対し均等に供給できるように、燃焼管(８)の管長手方向に所定の間隔で設けてある。

上記のガス出口孔(10)から輻射体(11)に供給された予混合ガスは、点火器(21)による火花で燃焼を開始する。この燃焼により、輻射体(11)の金属繊維表面が赤熱されて輻射熱が放射されると共に、燃焼面を通過する高温の燃焼排ガスの熱と相俟って、溶湯加熱室(３)内の溶湯が加熱され、所定の温度に維持される。

このとき、燃焼管(８)の断面が円形に形成してあるので、上記の輻射体(11)による燃焼面は断面円弧状に形成されることから、個々の燃焼管(８)から広い放射角度(α)の範囲に輻射熱が放射され、広い面積に亘って溶湯面(Ｍ)が加熱される。これにより燃焼管(８)の本数や輻射体(11)の使用量が少なくて足り、コストダウンを図ることができる。

また、上記の燃焼加熱装置(７)は、加熱された溶湯面(Ｍ)からの輻射熱を受けるが、上記のガス出口孔(10)は開口面積が狭いうえ、燃焼管(８)は内部を速やかに流れる予混合ガスで冷却されるので、上記の溶湯面(Ｍ)からの輻射による過熱が防止される。この結果、上記の輻射体(11)の目が粗くても、燃焼管(８)内へ炎が逆流する逆火現象の発生が効果的に防止される。

上記の複数本の燃焼管(８)のうちの一部や、その燃焼管(８)の輻射体(11)の一部が破損し或いは損傷すると、その燃焼管(８)の破損した１本の燃焼管(８)またはその燃焼管(８)の一部のみが交換され、あるいはその輻射体(11)の破損部分のみがはり替えられる。つまり燃焼管(８)や輻射体(11)の部分的な交換・修理が可能であり、全体を新品に交換する必要がないので補修費用を低減できる。

図４は本発明の第２実施形態の燃焼加熱装置(７)を示す。上記の第１実施形態では、互いに平行に配置した３本の燃焼管(８)で燃焼加熱装置(７)を構成したが、この第２実施形態の燃焼加熱装置(７)では、燃焼管(８)が３本の長手管部(81)と、長手管部(81)の一端同士をつなぐ短手管部(82)と、長手管部(81)の他端どうしをつなぐ第２の短手管部(83)とで環状に形成してある。この場合、各長手管部(81)の中央部から垂直部(8a)を上向きに突設し、この垂直部(8a)と予混合ガス供給用のヘッダー(15)から分岐した各分岐部(19)とが、管継手(20)を介して接続してある。なお、上記の長手管部(81)と短手管部(82・83)とは、１本の管部材を曲げ加工したものであってもよく、或いは各部材どうしを溶接や管継手等により接続固定したものであってもよい。

上記の各短手管部(82・83)には支持腕(24・25)が水平方向に取り付けてあり、この支持腕(24・25)を溶湯加熱室(３)の上端開口縁(3a・3b)上に載せることで、この燃焼管(８)を所定位置に支持するように構成してある。

上記の第１実施形態では３本の燃焼管(８)を並列に配置していたため、パイロットバーナなどの点火器(21)を各燃焼管(８)ごとに設けないと確実な着火が容易でないうえ、点火を確認するための炎検出器(22)を各燃焼管(８)ごとに設ける必要があった。
これに対し、この第２実施形態のように燃焼管(８)をループ状に形成した場合には、一箇所で着火すると炎が燃焼管(８)の全体に火移りするため、１個の点火器と炎検出器を設けるだけでよい。具体的にこの第２実施形態では、燃焼管(８)の一箇所に点火及び検知機能を持つパイロットバーナー(26)が設置してあり、簡略な構成にして安価に実施できる。
なお、この第２実施形態では点火器(21)としてパイロットバーナを用いたが、本発明ではこれに代えて、第１実施形態と同様、スパークにより点火する点火器を用いても良い。

しかも、上記の燃焼管(８)がループ状であるため、燃焼管(８)内のガスの流路が環状に連続していることから、ガス出口孔(10)からのガスの吹出し分布がより均等になり易く、炎が安定し易いうえ、溶湯面(Ｍ)を均一に加熱できて好ましい。
その他の構成は上記の第１実施形態と同様であるため、同一要素、同一部材に同一符号を付してその説明を省略する。

図５と図６は第２実施形態の燃焼管(８)の変形例を示す。図５に示す第１変形例の燃焼管(８)は、角筒形状の予混合ガス供給用ヘッダー(27)から３本の長手管部(81)を分岐し、各長手管部(81)のヘッダー(27)側とは反対側の端部同士は、短手管部(82)で連続状につないだ形に形成している。短手管部(82)には、図４に示す第２実施形態と同様、溶湯加熱室(３)の上端開口縁(3a)上に載せるための支持腕(24)を取り付けている。上記のヘッダー(27)の中央部分にはヘッダー入口管(16)が上下方向に設けてあり、このヘッダー入口管(16)から案内された予混合ガスが、ヘッダー(27)内から各燃焼管(８)内へできるだけ均等に行き渡るようにしてある。

上記の予混合ガス供給用ヘッダー(27)は特定の形状に限定されず、例えば図６に示す第２変形例のように、円筒形状のヘッダー(27)を用いてもよい。また上記のヘッダー入口管(16)の配設も特定の位置や方向に限定されず、例えばこの第２変形例では、このヘッダー(27)の中央部分にヘッダー入口管(16)を水平方向に設けてあり、この場合は溶湯加熱室の所定位置へ水平方向に移動させて配置することができる。

なお、上記の第２実施形態やその変形例の環形状の燃焼管(８)は、被加熱面である溶湯面(Ｍ)の面積に合わせてその１個もしくは２個以上を配置することができる。また、本発明では上記の長手管部(81)の本数は３本に限定されず、２本で構成したり４本以上で構成してもよく、また短手管部も任意の本数に構成できることはいうまでもない。

図７は本発明の第３実施形態に用いる燃焼加熱装置を示し、燃焼管(８)の周囲に断熱手段(Ｃ)を備えることで、燃焼管(８)を、例えば６００〜７００℃の溶湯面(Ｍ)からの輻射熱から保護したものである。
即ちこの第３実施形態では、燃焼管(８)を断面円形に形成し、この燃焼管(８)の周面上部に断熱手段(Ｃ)としての断熱箱(28)を取り付けてある。その断熱箱(28)には冷却エア吹き込み管(29)と排熱管(30)が接続してあり、断熱箱(28)内を流通する冷却エアにより燃焼管(８)が効率よく冷却され、逆火が防止される。また、この断熱箱(28)は輻射による温度上昇を抑制して逆火を防止できるばかりか、燃焼管(８)の耐熱補強効果を期することもできる。なお、断熱箱(28)からは燃焼管(８)の垂直部(8a)が突出してあり、この垂直部(8a)が上記実施例の場合と同様に予混合ガス供給管(９)と接続される。

上記の断熱手段(Ｃ)は、溶湯面(Ｍ)からの輻射熱を遮るだけでもよく、例えば図８に示す変形例のように、燃焼管(８)の両側に取り付けてた断熱材(31)でこの断熱手段(Ｃ)を構成してもよい。なおこの変形例では、燃焼管(８)を断面角形に形成してある。即ち、本発明では燃焼管(８)の断面形状は前記の第１実施形態のような断面円形に限定されず、この変形例のように断面角形に形成してもよく、さらに楕円形や台形など他の断面形状に形成することも可能である。

上記の各実施形態や変形例で説明した溶湯保持炉は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、受湯室や溶湯加熱室、出湯室などの形状や構造、燃焼加熱装置の構造、燃焼管の長さや本数、輻射体の形状、断熱手段の構造などは、これらの実施形態等に限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものであり、また、取り扱う溶湯も特定の種類に限定されないことはいうまでもない。

本発明の第１実施形態を示す、溶湯保持炉の平面図である。 第１実施形態の、溶湯保持炉の溶湯加熱室に設置した燃焼加熱装置の模式的斜視図である。 第１実施形態の、燃焼加熱装置の燃焼管の断面図である。 第２実施形態の、燃焼加熱装置を図２に相応して示す模式的斜視図である。 第２実施形態の第１変形例を示す、燃焼管の斜視図である。 第２実施形態の第２変形例を示す、燃焼管の斜視図である。 第３実施形態の、燃焼管の斜視図である。 第３実施形態の変形例を示す、燃焼管の斜視図である。 従来技術を示す、溶湯保持炉の斜視図である。 従来技術の、溶湯保持炉の面燃焼バーナーの模式的斜視図である。 従来技術の、面燃焼バーナーの断面図である。

符号の説明

１…溶湯保持炉
２…受湯室
３…溶湯加熱室
４…出湯室
５…受湯口
６…上蓋
７…燃焼加熱装置
８…燃焼管
９…予混合ガス供給管
10…ガス出口孔
11…輻射体
Ｃ…断熱手段
Ｍ…溶湯面

Claims (4)

1. 受湯口(５)を有する受湯室(２)と溶湯加熱室(３)と出湯室(４)とを備え、かつ、前記受湯室(２)と前記溶湯加熱室(３)間および前記溶湯加熱室(３)と前記出湯室(４)間はそれぞれ連通しているとともに、前記溶湯加熱室(３)の上蓋(６)の下面側に燃焼加熱装置(７)を備えた溶湯保持炉において、
   前記燃焼加熱装置(７)が、溶湯面(Ｍ)の上方に対向状に配置され、下向きに開口するガス出口孔(10)を管長手方向へ列設した燃焼管(８)と、この燃焼管(８)に接続された予混合ガス供給管(９)とを備え、
   前記燃焼管(８)の周面下部に耐熱金属繊維からなる輻射体(11)を、前記ガス出口孔(10)を覆う状態に装着して燃焼面を形成していることを特徴とする、溶湯保持炉。
2. 前記輻射体(11)が耐熱金属繊維を編組または織成した金属布からなる、請求項１記載の溶湯保持炉。
3. 前記燃焼管(８)が断面円形に形成されている、請求項１又は２記載の溶湯保持炉。
4. 前記燃焼管(８)の周面のうち、前記輻射体(11)が装着されていない部位に断熱手段(Ｃ)を配置した、請求項１から３のいずれか１項に記載の溶湯保持炉。

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