JP2009063207A - アルミニウム溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な量の廃熱を取り出して有効利用することができるアルミニウム溶解炉を提供する。
【解決手段】タワー部３の排煙口７に近接配置した加熱容器１１内に、錫などの低融点金属１８を保持したため、排煙口から排出される熱により低融点金属を加熱溶融して、所定の熱量を有する熱源をそこに形成することができる。低融点金属の量を調整することにより、熱源としてパワーを調整することができる。溶解した液状の熱源であるため、加熱容器の形状に応じていかなる形態をとることも可能で、シリコンオイルなどの熱媒体２６との熱交換も容易であり、熱として取り出し易い。排煙口と加熱容器との間には、排煙路１７が確保されているため、排煙口からの通常の排煙に支障はない。熱変形部により、所定の温度で熱交換容器１９が加熱容器の第２側面部１４から離れるため、熱交換容器内の熱媒体の過熱を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はアルミニウム溶解炉に関するものである。

アルミニウム溶解炉は、加熱バーナーを備えた溶解室の上部に、筒状のタワー部を備えた構造になっている。タワー部の上端には蓋により開閉自在な投入口が形成されている。そして開いた状態の投入口から溶解材料（アルミニウムの地金、廃材など）を投入できるようになっている。投入された溶解材料は、溶解室内で加熱バーナーの火炎により溶解され、溶解された溶湯は、溶解室の傾斜した床部に沿って移動し、隣接する保持室で高温に保たれた状態で貯留される。タワー部の側壁には排煙口が形成されており、この排煙口から溶解室内の煙を外部へ排出できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３１０５７１号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、タワー部の側壁に排煙口が形成されているため、この排煙口から煙と一緒に溶解室内の熱が外部へ廃棄されていた。そのため、この排煙口から廃棄される熱の有効利用が望まれているが、有効利用しようとしても、必要な量の熱量だけを取り出すことが困難であった。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、必要な量の廃熱を取り出して有効利用することができるアルミニウム溶解炉を提供するものである。

請求項１記載の発明は、加熱バーナーを備えた溶解室の上部に、溶解材料を溶解室内に投入する開閉自在な投入口が上端に形成された筒状のタワー部を設け、該タワー部の側壁に排煙口を形成したアルミニウム溶解炉であって、前記排煙口に対して、排煙のための間隔を確保した状態で、加熱容器を近接配置し、該加熱容器内に低融点金属を保持したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、低融点金属が、錫、鉛、半田の何れかであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、排煙口をタワー部の側壁から突出した筒状に形成し、加熱容器の排煙口側に所定の面積を有する平坦な第１側面部を形成し、排煙口の先端から、加熱容器の第１側面部に対して排煙のための排煙路を確保した対面状態で、所定の面積を有するガイド板を形成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、第１側面部から、排煙路を確保した状態で、ガイド板の周囲を囲む筒状のフランジを形成したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、加熱容器の反排煙口側に所定の面積を有する平坦な第２側面部を形成し、該第２側面部に対して接離方向へ移動自在な熱交換容器を第２側面部に接触した状態で支持すると共に、該熱交換容器内に熱媒体を循環し、該熱交換容器と加熱容器との間に熱変形部を加熱容器に対して断熱した状態で設け、該熱変形部が所定の温度で変形して熱交換容器を第２側面部から離反する方向へ移動させることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、熱媒体がシリコンオイルであることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、タワー部の排煙口に近接配置した加熱容器内に低融点金属を保持したため、排煙口から排出される廃熱により低融点金属を加熱溶融して、所定の熱量を有する熱源をそこに形成することができる。低融点金属の量を調整することにより、熱源としてパワーを調整することができる。溶解した液状の熱源であるため、加熱容器の形状に応じていかなる形態をとることも可能で、熱媒体との熱交換も容易であり、熱として取り出し易い。排煙口と加熱容器との間には、排煙のための間隔が確保されているため、排煙口からの通常の排煙に支障はない。

請求項２記載の発明によれば、低融点金属が、錫、鉛、半田であるため、コストの面で有利である。

請求項３記載の発明によれば、加熱容器に形成した第１側面部と、排煙口の先端に形成したガイド板が、それぞれ所定の面積を有しており、且つ、その間に排煙路が確保されているため、排煙口から排出された廃熱は、排煙路を通過する間に、十分な面積で加熱容器の第１側面部と接触することとなり、加熱容器への伝熱性能に優れる。

請求項４記載の発明によれば、第１側面部からガイド板の周囲を囲む筒状のフランジを形成したため、廃熱は、第１側面部の端部での拡散がフランジで抑制され、第１側面部の端部いっぱいまで確実に接触する。従って、加熱容器への伝熱性能が更に向上する。

請求項５記載の発明によれば、所定の温度で熱交換容器が加熱容器の第２側面部から離れるため、熱交換容器内の熱媒体の過熱を防止することができる。熱変形部が加熱容器に対して断熱されているため、熱変形部の変形は熱交換容器側の熱でコントロールされることとなり、熱交換容器内の熱媒体の過熱を確実に防止することができる。

請求項６記載の発明によれば、熱媒体がシリコンオイルであるため、耐熱性に優れ、温度による粘度変化が小さいため、加熱容器からの効率的な熱の取り出しが可能となる。

本発明の好適な実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態に係るアルミニウム溶解炉１は、上部に投入口２を有するタワー部３と、投入口２から投入された溶解材料（アルミニウム地金や廃材など）４を床部５で受ける溶解室６とから構成されている。タワー部３及び溶解室６とも耐火煉瓦により形成されている。タワー部３は四角形の筒形で、その側壁にはセラミック製の断熱材製で角筒状の排煙口７が突出形成されている。

タワー部３の投入口２には開閉自在な蓋８が設けられており、この蓋８を開けて投入口２から溶解材料４を投入することができる。溶解材料４を投入後、投入口２は蓋８により遮蔽される。

溶解室６には加熱バーナー９が設置されていて、この加熱バーナー９の火炎により溶解室６の床部５上に堆積した溶解材料４を表面から溶解させることができる。溶解室６の床部５は傾斜しており、溶けて溶湯となったアルミニウムを隣接する保持室（図示省略）へ続く排出口１０に導くことができる。

そして、排煙口７の先端には、加熱容器１１が近接配置されている。加熱容器１１は、鉄製で、基本的に水平方向に長い矩形ボックス状の容器形状をしており、上部がカバー１２により塞がれている。加熱容器１１の内部には、低融点金属１８としての錫が保持されている。錫の融点は２３１°Ｃである。錫の代わりに融点が３２７°Ｃの鉛を利用しても良い。錫と鉛の合金である半田を利用すれば融点を１８３°Ｃと更に低くすることができる。錫、鉛、半田以外の合金による低融点金属を使用しても良い。

加熱容器１１における排煙口７側の第１側面部１３と、反排煙口７側の第２側面部１４は共に平坦で、所定の面積を有する水平方向に長い長方形をしている。また、第１側面部１３及び第２側面部１４は伝熱性を高めるために、他の部分よりも薄く形成されている。加熱容器１１の長手方向両端部には、支持フランジ１５が形成され、この部分が支柱１６に対して支持されている（図４，図５参照）。

排煙口７の先端には、加熱容器１１の第１側面部１３に対して所定間隔の排煙路１７を確保した状態で、対面するガイド板４７が形成されている。このガイド板４７は、第１側面部１３よりも若干小さい長方形状で、その長手方向端部にはタワー部３側へ向けた折返部４８が形成されている。

加熱容器１１における第１側面部１３の周囲には、排煙口７の先端に形成されたガイド板４７の周囲を囲む角筒状のフランジ４９が形成されている。フランジ４９の上下部分と、排煙口７及びガイド板４７との隙間は小さく（図２，図３参照）、フランジ４９の長手方向端部と、ガイド板４７の折返部４８との間には、排煙路１７に相当する隙間５０が形成されている（図４，図５参照）。

加熱容器１１の第１側面部１３は、排煙口７に近接しているため、排煙口７から排出される熱Ｈにより加熱される。すなわち、排煙口７からの熱Ｈは、煙と一緒に排煙路１７を通過する間に第１側面部１３と十分な面積で接触するため、第１側面部１３を確実に加熱する。

しかも、第１側面部１３からガイド板４７の周囲を囲む筒状のフランジ４９が形成されているため、廃熱Ｈは、第１側面部１３の端部での拡散がフランジで抑止され、第１側面部１３の端部いっぱいまで確実に接触する。従って、第１側面部１３は全体が確実に加熱される。このように加熱容器１１が廃熱Ｈにより加熱されることにより、加熱容器１１の内部の低融点金属１８は溶けて液状になる。

一方、加熱容器１１における第２側面部１４には、基本的に矩形中空構造で鉄製の熱交換容器１９が接離自在に支持されている（図２，図３参照）。熱交換容器１９は、交差する配管２０、２１により支持されており、配管２０、２１の撓みにより加熱容器１１の第２側面部１４に対して接離自在である（図４，図５参照）。熱交換容器１９を第２側面部１４へ押付ける付勢力も配管２０、２１により発生させている。従って、通常時は、熱交換容器１９は加熱容器１１の第２側面部１４に対して隙間なく接触した状態になっている。また、熱交換容器１９には、加熱容器１１を上下で挟むフランジ２２も形成されている。このフランジ２２は、セラミック製の断熱材２３を介して、加熱容器１１に対して水平方向にスライド自在に接している。

そして、図４に示すように、加熱容器１１の両側に張り出した支持フランジ１５には、熱交換容器１９側に断面Ｌ形のセラミック製の断熱材２４が取付けられている。断熱材２４に対向する熱交換容器１９側には、更に熱変形部２５としての黄銅板が取付けられている。熱変形部２５は両端が固定され、長さ方向での熱膨張が規制された状態になっている。

この熱交換容器１９には、配管２０、２１を介して、熱媒体２６としてのシリコンオイルが高圧蒸気発生装置２７との間で、循環されている。

熱交換容器１９から熱媒体２６を排出する配管２０は、二次加熱室２８を経て、高圧蒸気発生装置２７の加熱コイル２９へ至り、高圧蒸気発生装置２７の底部からギアポンプ３０を介して、熱交換容器１９へ導入される配管２１へ連続している。配管２０及び二次加熱室２８は、ジャケット部３１により覆われている。吸引ポンプ３２によりジャケット部３１の内部を減圧して、配管２０及び二次加熱室２８からの放熱を防止している。

高圧蒸気発生装置２７内には水Ｗが溜められており、水Ｗは加熱コイル２９により加熱されて沸騰し、高圧蒸気を発生するようになっている。高圧蒸気発生装置２７内の水Ｗは液面レベルセンサー３３により監視することができる。高圧蒸気は、圧力調整弁３４を有する蒸気排出口３５から、前記熱媒体２６による二次加熱室２８内に形成された加熱通路３６を通過して、蒸気駆動モータ３７へ至る。高圧蒸気は、二次加熱室２８を通過することにより高温の蒸気とされ、蒸気駆動モータ３７に供給される。

蒸気駆動モータ３７はロータリーベーン式で、蒸気の圧力により回転する。蒸気駆動モータ３７の回転力は発電機３８に伝達され、そこで発電をすることができる。蒸気駆動モータ３７に代えて蒸気駆動タービンを使用しても良い。

蒸気駆動モータ３７を経た蒸気は復水装置３９に送られる。復水装置３９は上部に冷却コイル４０を有する。冷却コイル４０に下部の貯水槽４１からの水Ｗをポンプ４２により循環して、蒸気を冷却コイル４０により凝縮して水Ｗに戻す。凝縮された水Ｗは落下する間にファン４３により温度が下げられる。冷却コイル４０を通過して温度が上がった水Ｗは、高圧蒸気発生装置２７に送られる。

貯水槽４１の水Ｗは液面レベルセンサー４４により監視され、水Ｗの量が減ると、給水部４５から給水することができる。尚、高圧蒸気発生装置２７の液面と、貯水槽４１の液面を合わせると、貯水槽４１の液面レベルセンサー４４で、高圧蒸気発生装置２７の液面も同時制御することができる。

高圧蒸気発生装置２７内を循環する熱媒体２６としてのシリコンオイルは、２５０°Ｃより高温になると粘度が上昇してゲル化する。それを防止するための構造が、前記熱交換容器１９と加熱容器１１との間に介在させた熱変形部２５である。

通常時は、熱交換容器１９と加熱容器１１とが接しているため、加熱容器１１内の低融点金属１８から熱交換容器１９内の熱媒体２６へ伝熱して、熱媒体２６を加熱することができる。

熱変形部２５と加熱容器１１との間には断熱材２４が介在してあるため、熱変形部２５は熱媒体２６（熱交換容器１９）だけの温度に影響される。

そして、熱交換容器１９の温度が２００°Ｃ以上になると、その熱を熱変形部２５である黄銅で感知して、熱変形部２５が熱膨張により湾曲して、熱交換容器１９を加熱容器１１の第２側面部１４から離反させる。すなわち、熱変形部２５は長手方向に膨張しようとするが、両端が固定されているため、中央部分が湾曲して、熱交換容器１９を外側へ押す。交差した配管２０、２１は撓むことができるため、熱交換容器１９は配管２０、２１の弾性力に抗して加熱容器１１から離反する方向へ移動することができる。従って、加熱容器１１から熱交換容器１９への伝熱が遮断され、熱媒体２６の過熱が防止される。このように熱媒体２６の温度は余裕をもって２００°Ｃ以下に保たれるため、熱媒体２６が２５０°Ｃに達してゲル化することを確実に防止することができる。

また、加熱容器１１内の低融点金属１８が熱Ｈにより溶けた液状として存在するため、その低融点金属１８の量を予め調整することにより、熱源としての低融点金属１８のパワーを調整することができる。すなわち、大きな伝熱量が必要な場合は、加熱容器１１の内の低融点金属１８の量を多くして、低融点金属１８の液面を高く保持する。小さな伝熱量で良い場合は、低融点金属１８の量を少なくして、低融点金属１８の液面を低く保持すれば良い。

更に、図４及び図５に示すように、加熱容器１１の第２側面部１４の裏側に、必要に応じて耐火煉瓦４６を入れて、低融点金属１８により加温される第２側面部１４の面積を制御することにより、熱交換容器１９への伝熱量を調整しても良い。

いずれにしても、加熱容器１１に低融点金属１８を保持した構造のため、熱を取り出し易く、また取り出す熱量の調整も容易である。

以上の実施形態では、熱媒体２６としてシリコンオイルを例にしたが、これに限定されず、水Ｗより沸点の高い液体であれば、他のものを使用することができる。

本発明の実施形態に係るアルミニウム溶解炉を示す断面図。 加熱容器に対して熱交換容器が接触している状態を示す縦断面図。 加熱容器に対して熱交換容器が離間している状態を示す縦断面図。 加熱容器に対して熱交換容器が接触している状態を示す横断面図。 加熱容器に対して熱交換容器が離間している状態を示す横断面図。

符号の説明

１ アルミニウム溶解炉
２ 投入口
３ タワー部
４ 溶解材料
６ 溶解室
７ 排煙口
９ 加熱バーナー
１１ 加熱容器
１３ 第１側面部
１４ 第２側面部
１７ 排煙路
１８ 低融点金属
１９ 熱交換容器
２０、２１ 配管
２５ 熱変形部
２６ 熱媒体
４７ ガイド板
Ｈ 熱
Ｗ 水

Claims (6)

1. 加熱バーナーを備えた溶解室の上部に、溶解材料を溶解室内に投入する開閉自在な投入口が上端に形成された筒状のタワー部を設け、該タワー部の側壁に排煙口を形成したアルミニウム溶解炉であって、
   前記排煙口に対して、排煙のための間隔を確保した状態で、加熱容器を近接配置し、該加熱容器内に低融点金属を保持したことを特徴とするアルミニウム溶解炉。
2. 低融点金属が、錫、鉛、半田の何れかであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶解炉。
3. 排煙口をタワー部の側壁から突出した筒状に形成し、
   加熱容器の排煙口側に所定の面積を有する平坦な第１側面部を形成し、
   排煙口の先端から、加熱容器の第１側面部に対して排煙のための排煙路を確保した対面状態で、所定の面積を有するガイド板を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアルミニウム溶解炉。
4. 第１側面部から、排煙路を確保した状態で、ガイド板の周囲を囲む筒状のフランジを形成したことを特徴とする請求項３記載のアルミニウム溶解炉。
5. 加熱容器の反排煙口側に所定の面積を有する平坦な第２側面部を形成し、
   該第２側面部に対して接離方向へ移動自在な熱交換容器を第２側面部に接触した状態で支持すると共に、該熱交換容器内に熱媒体を循環し、
   該熱交換容器と加熱容器との間に熱変形部を加熱容器に対して断熱した状態で設け、
   該熱変形部が所定の温度で変形して熱交換容器を第２側面部から離反する方向へ移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム溶解炉。
6. 熱媒体がシリコンオイルであることを特徴とする請求項５記載のアルミニウム溶解炉。

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